一种壳聚糖/纳米纤维复合正渗透膜的结构设计及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种壳聚糖/纳米纤维复合正渗透膜的结构设计及制备方法。该方法打破了常规正渗透膜支撑层负载功能层的双层结构，设计出独特的功能层内置的一体化膜结构。此种一体化复合正渗透膜创造性地将壳聚糖溶液填充到具有内部连通三维孔结构的纳米纤维膜孔洞中，再将填充到孔洞内部的壳聚糖交联聚合作为功能层，实现功能层内置，完成了正渗透膜的一体化结构。本发明专利技术解决了一直以来常规的以纳米纤维膜为支撑层的正渗透膜功能层与支撑层间界面强度低、易分离的问题，达到了避免功能层剥离的目的；另外，渗入纳米纤维膜内部的壳聚糖将纤维间的节点牢牢地粘结起来，抑制了纤维的滑移、错位、变形，大大提高了膜的强度，显著增加了膜的耐久性和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于膜分离
，特别是涉及一种壳聚糖/纳米纤维复合正渗透膜的结构设计及制备方法。
技术介绍
正渗透膜分离过程是近些年来发展起来的一种新型膜分离技术，它以膜两侧的渗透压差为驱动力自发实现水的传递，与传统的压力驱动型膜过程相比具有能耗小、回收率高、零排放、污染小、无需外压等优点，在海水淡化、食品浓缩、工业废水处理、发电、药物控制释放等领域有着广阔的发展空间。但目前正渗透膜分离技术并未广泛应用，主要是因为缺乏高强度、高通量、高截留率的正渗透膜，尤其是在膜支撑层中存在的内浓差极化现象，会导致膜两侧的有效渗透压差远低于理论值，膜通量大幅度降低，严重影响过滤效率。内浓差极化已成为阻碍正渗透膜分离技术发展的一大障碍。目前已有一些缓解正渗透膜支撑层中内浓差极化现象的方法，其中，使用纳米纤维膜作为支撑层是一种高效且具有前景的方案。纳米纤维膜特有的内部连通三维孔结构，具有低弯曲因子、高孔隙率等优点，能极大地降低内浓差极化现象。研究者利用静电纺膜作为支撑层制备出的结构参数极低的正渗透膜，具有远远高于传统正渗透膜的通量以及抗污染性能。这种以纳米纤维膜作为支撑层的正渗透膜性能优异，但却未被广泛使用，这很大一部分原因是由于纳米纤维膜仅靠纤维间的无序搭接成膜，纤维间抱合力差，极易发生滑移、错位、变形，致使膜的机械强度低，且容易变形。另外，目前文献报道的纳米纤维膜作为支撑层的正渗透膜通常是在纳米纤维膜表面直接界面聚合，形成一层厚度不足1μm的极薄的功能层，其与表层纳米纤维间的结合力微弱，导致功能层与支撑层间的界面强度极低，易发生剥离，难以经受多次循环测试，更无法长期使用。因此，纳米纤维膜作为支撑层的正渗透膜结构还需要进一步改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种壳聚糖/纳米纤维复合正渗透膜的结构设计及制备方法，通过将壳聚糖填充入纳米纤维膜的孔洞中，加固疏松多孔的纳米纤维膜结构，并将壳聚糖交联聚合作为功能层，实现功能层内置的一体化结构。壳聚糖既起到了对支撑层的加固增强作用，又充当了过滤的主要功能体，避免了和支撑体间的剥离。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术路线为：(1)将壳聚糖在稀酸中搅拌至完全溶解并静置脱泡得到壳聚糖溶液；所述稀酸为可溶解壳聚糖的酸性溶液，包括稀醋酸、乳酸、三氟乙酸等，其溶质的质量分数为0.1％～15％。(2)将步骤(1)中的壳聚糖溶液刮涂在平整铺开的纳米纤维膜上，静置待壳聚糖完全渗入膜孔内部，干燥以去除溶剂；所述纳米纤维膜为有机或无机的纳米纤维形成的薄膜，如聚丙烯腈静电纺膜、巴基纸、碳纤维织物等。(3)将干燥后的膜浸泡在稀碱液中处理一段时间后用去离子水清洗干净；所述稀碱液为质量分数0.1％～20％的NaOH、KOH、等碱性溶液。(4)将酰氯单体溶解于有机溶剂中，配置成酰氯单体溶液；所述的酰氯单体选自邻苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯、均苯三甲酰氯、均苯四甲酰氯中的一种或几种的混合物；所述的有机溶剂为正己烷、二甲苯等可溶解酰氯单体且不溶解聚酰胺的有机溶剂。(5)将步骤(4)所得的酰氯单体溶液置于复合膜表面，反应一段时间后除去残留的酰氯溶液；最后用去离子水清洗干净，即可得复合正渗透膜。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术将壳聚糖填充入纳米纤维膜中，既抑制了纤维的滑移、错位、变形，大大提高了膜的强度；另外，将壳聚糖直接交联聚合作为过滤的主要功能体，解决了静电纺支撑层与功能层间界面强度低、极易剥离的问题，增加膜的耐久性。具体实施方式实施例1：(1)将1g壳聚糖溶解在19g质量分数为2％的醋酸水溶液中搅拌均匀，静置脱泡10h，配制成质量分数为5％的壳聚糖溶液；(2)取一块聚丙烯腈静电纺膜平铺在涂膜机的底板上，用涂膜机均匀地将步骤(1)中的壳聚糖溶液刮涂在PAN静电纺膜上，静置2min后放入烘箱50℃烘燥10h；(3)将烘干后的膜取出并用质量分数为2％NaOH水溶液浸泡处理，之后用去离子水冲洗干净；(4)将均苯三甲酰氯溶解于正己烷中，配置成质量分数为0.2％的均苯三甲酰氯溶液；(5)将配好的均苯三甲酰氯溶液置于复合膜的表面，反应20s后，刮去残留的均苯三甲酰氯溶液并阴干，用去离子水冲洗膜表面，即可得复合正渗透膜。实施例2：(1)将0.9g壳聚糖溶解在29.1g质量分数为1％的异丙酸水溶液中搅拌均匀，静置脱泡20h，配制成质量分数为3％的壳聚糖溶液；(2)取一块聚偏氟乙烯静电纺膜平铺在干净的玻璃板上，用刮刀均匀地将步骤(1)中的壳聚糖溶液刮涂在聚偏氟乙烯静电纺膜上，静置30s后在阴凉处阴干；(3)将阴干后的膜取出并用质量分数为2％KOH水溶液浸泡处理，之后用去离子水冲洗干净；(4)将均苯四甲酰氯溶解于正己烷中，配置成质量分数为0.3％的均苯四甲酰氯溶液；(5)将配好的均苯四甲酰氯溶液置于复合膜的表面，反应15s后，刮去残留的酰氯溶液并阴干，用去离子水冲洗膜表面，即可得复合正渗透膜。实施例3：(1)将0.8g壳聚糖溶解在19.2g质量分数为1％的三氟乙酸等水溶液中搅拌均匀，静置脱泡5h，配制成质量分数为4％的壳聚糖溶液；(2)取一张巴基纸平铺在干净的玻璃板上，用刮刀均匀地将步骤(1)中的壳聚糖溶液涂覆在刮涂在巴基纸上，静置1min后放入烘箱60℃烘燥8h；(3)将烘干后的膜取出并用质量分数为2％NaOH水溶液浸泡处理，之后用去离子水冲洗干净；(4)将对苯二甲酰氯溶解于正己烷中，配置质量分数为0.5％的对苯二甲酰氯溶液；(5)将配好的对苯二甲酰氯溶液置于复合膜的表面，反应15s后，刮去残留的酰氯溶液并阴干，用去离子水冲洗膜表面，即可得复合正渗透膜。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种壳聚糖/纳米纤维复合正渗透膜的结构设计及制备方法，其特征在于：所述的复合正渗透膜是以纳米纤维膜为支撑体，以壳聚糖粘结加固并直接交联作为功能层的一体化膜结构。壳聚糖既充当了过滤的主要功能体，又起到了对支撑层的加固增强作用。

【技术特征摘要】
1.一种壳聚糖/纳米纤维复合正渗透膜的结构设计及制备方法，其特征在于：所述的复合正渗透膜是以纳米纤维膜为支撑体，以壳聚糖粘结加固并直接交联作为功能层的一体化膜结构。壳聚糖既充当了过滤的主要功能体，又起到了对支撑层的加固增强作用。2.根据权利要求1所述的一种壳聚糖/纳米纤维复合正渗透膜，其特征在于：所述的复合正渗透膜制备方法如下：(1)将壳聚糖在稀酸中搅拌至完全溶解并静置脱泡得到壳聚糖溶液；(2)将步骤(1)中的壳聚糖溶液刮涂在平整铺开的纳米纤维膜表面，静置待壳聚糖完全渗入膜孔内部，干燥以去除溶剂；(3)将干燥后的膜浸泡在稀碱液中处理一段时间后用去离子水清洗干净；(4)将酰氯单体溶解于有机溶剂中，配置成酰氯单体溶液；(5)将步骤(4)所得的酰氯单体溶液置于复合膜表面，反应一段时间后除去残留的酰氯溶液；最后，用去离子水清洗干净，即可得复合正渗透膜。3.根据权利要求2所述的一种壳聚糖/纳米纤维复合正渗透膜，其特征在于：步骤(1)中所述搅拌温度为0～70℃，搅拌时间为1～10小时；所述稀酸为可溶解壳聚糖的酸性溶液，包括稀醋酸、...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志伟，孙晚莹，钱晓明，王维，牛家嵘，李翠玉，李凤艳，田旭，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12