一种超亲水和水下超疏油的纤维素膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超亲水和水下超疏油的纤维素膜及其制备方法，属于石油工业中的油水分离技术领域；本发明专利技术采用化学纤维纺丝方法，将亲水性纤维素纳米纤维纺制成纤维素纤维，之后通过机械编织方法将纤维素纤维编织成目数为50～500目的超亲水和水下超疏油的纤维素膜；水在纤维素膜表面的接触角≈0

A cellulose membrane with super hydrophilicity and super-thinning oil under water and its preparation method

The invention discloses a cellulose membrane with super hydrophilic and underwater super-thinning oil and its preparation method, which belongs to the technical field of oil-water separation in petroleum industry; the chemical fiber spinning method is adopted to spin hydrophilic cellulose nanofibers into cellulose fibers, and then the cellulose fibers are woven into super-hydrophilic and underwater super-thinning oil with a catalogue number of 50-500 meshes by mechanical Cellulose membrane; contact angle of water on the surface of cellulose membrane 0

【技术实现步骤摘要】
一种超亲水和水下超疏油的纤维素膜及其制备方法
本专利技术具体涉及一种超亲水和水下超疏油的纤维素膜及其制备方法，属于石油工业中的油水分离

技术介绍
在石油开采、运输和提纯过程中，以及其他人类活动所产生的大量含油废水都会对人类自身健康及自然环境产生有害且不可逆转的影响；同时，随着化石资源的日益枯竭，废水中油分的重复利用也日益受到人们的重视；因此，迫切需要开发合适的设备和方法以便简便高效地实现废液中油分的回收利用，这样在降低含油废水危害的同时，又可以实现化石资源的高效利用；在众多油水分离技术中，凭借能耗低和分离效率高等特点，膜分离技术日益受到人们的关注。首先，申请号为201710565096.X的中国专利申请公开了一种具有超疏水和超亲油的油水分离软木滤膜，该滤膜的制备和实现滤膜表面具有特殊浸润性的修饰过程（通过化学改性过程实现）过于复杂，限制了这类滤膜材料的大规模工业应用；其次，申请号为201610540934.3的中国专利申请公开了以含氟树脂为基材的高抗油污油水分离膜，该分离膜的合成主要原料中用到了偶氮二异丁腈等具有易燃和毒性大等缺点的有机物，使得这类过滤膜的制备过程危险性高且会污染环境；上述两种过滤膜其废弃物都存在难以实现降解，使用后会对环境造成二次污染的问题；申请号为201610303648.5的中国专利申请公开了一种天然超亲水过滤膜，虽然该过滤膜的制备过程中不涉及复杂且成本高昂的化学改性过程，但在制备过程中需要将纤维素通过过滤或涂布的方式将其置于两层织物网之间，且这两层织物网在化学性质和物理性质上与纤维素相差很大，很难保证在油水分离过程中起主导作用的纤维素不会从织物网上剥落，从而难以保证过滤膜稳定的油污分离能力；因此，提供一种原料易得，制备简单，性能稳定，油水分离效果好，可循环利用，废弃物可降解的绿色环保纤维素膜是本专利技术的研究目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超亲水和水下超疏油的纤维素膜及其制备方法，用于人类生产和生活中含油废水的油水分离处理；利用纤维素天然的亲水性能，在提高滤膜纤维表面粗糙度的前提下，进而使得目标滤膜具有超亲水和水下超疏油特性；此外，通过机械编织手段得到仅含有纤维素纤维而无其他织物网形成的纤维素膜，使其分离性能稳定且废弃物可以实现降解。本专利技术采用的技术方案如下：一种超亲水和水下超疏油的纤维素膜,其特征在于：由经纱和纬纱通过机械编织方法制得，经纱和纬纱相互交织，经热压粘结形成目数为50～500目的纤维素膜；所述经纱和纬纱采用直径为10～1000微米的纤维素纤维；所述的纤维素纤维由纤维素纳米纤维通过化学纤维纺丝方法制得；所述的经纱之间的间隔和纬纱之间的间隔均为25~3962微米。一种超亲水和水下超疏油的纤维素膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备纤维素纳米纤维的分散液：制备固体质量百分数为0.1～1%、纤维直径为1～300纳米的纤维素纳米纤维的分散液，或固体质量百分数为0.1～1%、纤维直径为1～300纳米和粒度小于1厘米的纤维素纳米纤维的分散液；(2)对上述步骤(1)制备的纤维素纳米纤维分散液采用化学纤维纺丝方法得到直径为10～1000微米的纤维素纤维，所述的化学纤维纺丝方法为干法纺丝或湿法纺丝；其中采用干法纺丝技术制备纤维素纤维的过程如下：(2-1)向步骤(1)制备的纤维素纳米纤维分散液中加入次氯酸钠溶液，体积比为：纤维素纳米纤维分散液：次氯酸钠溶液=100:1~5，搅拌均匀，反应30分钟后滴加冰醋酸至中性，在25~35摄氏度下加热搅拌30~90分钟，浓缩形成粘度为5000~10000帕斯卡秒的纺丝液，将纺丝液真空抽滤去泡后，在温度为25摄氏度、相对湿度为45%，卷绕距离为8-12厘米条件下，使用干法纺丝装置挤出得到初纺纤维素纤维；(2-2)将步骤(2-1)制备的初纺纤维素纤维经风速为0.3~0.5米每秒、温度为40~60摄氏度的热风下吹拉10~15分钟，捻度为400~600捻/10厘米加捻，在温度为100~120摄氏度热定型5~10分钟，再去捻得到直径为10～1000微米的纤维素纤维；其中采用湿法纺丝技术制备纤维素纤维的过程如下：(2-3)将步骤(1)制备的纤维素纳米纤维分散液经过滤、脱泡，形成温度为15~120摄氏度纺丝原液；(2-4)将步骤(2-3)制备的纺丝原液经计量泵、过滤器后从喷丝孔喷出，进入温度为20~90摄氏度凝固浴中，凝固浴为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜的水溶液中的任意一种，且凝固浴浓度为25~70%，得到初纺纤维素纤维；(2-5)将步骤(2-4)制备的初纺纤维素纤维经过总牵伸比为0.5~7.0的牵伸、水洗、上油、烘干工序得到直径为10～1000微米的纤维素纤维；(3)将上述步骤（2）制备的纤维素纤维采用机械编织方法得到由经纱和纬纱相互交织、热压粘结形成目数为50～500目的纤维素膜，所述的经纱之间的间隔和纬纱之间的间隔均为25~3962微米。优选的，所述制备方法，其特征在于，步骤(1)制备纤维素纳米纤维的分散液，其中的第一种制备过程如下：(1-1)将氢氧化钠和尿素混合，混合的质量百分比为：氢氧化钠:尿素=1:（0.5～2），在混合物中加入去离子水，搅拌均匀得到第一溶液，其中氢氧化钠占总溶液质量百分比的4～8%；(1-2)将商用植物纤维素在机械搅拌的条件下加入到上述第一溶液中，加入的质量百分比为：植物纤维素粉末:第一溶液=1:（25～100），得到混合溶液；将该混合溶液在温度为0～-20摄氏度条件下放置3～8小时，取出，在常温常压条件下搅拌15～30分钟后得到第二溶液；在第二溶液中加入乙醇或甲醇，加入的体积比例为：乙醇或甲醇:第二溶液=1:（0.7～1.4），静置0.4～0.7小时后，用第二溶液的等体积去离子水进行2～5次溶剂替换，得到固体质量百分数为0.1～1%、纤维直径为1～300纳米的纤维素纳米纤维的分散液。优选的，所述制备方法，其特征在于，步骤(1)制备纤维素纳米纤维的分散液，第二种制备过程如下：(1-3)制备木醋杆菌发酵培养液：木醋杆菌发酵培养液的质量百分比为：葡萄糖2%，蛋白胨0.5%，酵母粉0.5%，五水磷酸氢二钠0.27%，质量浓度不超过3克/升的柠檬酸-水化合物0.115%，pH值为4～6，121摄氏度下灭菌20分钟，充分振荡；将商用的木醋杆菌菌种的种子培养液接种到上述木醋杆菌发酵培养液中，木醋杆菌菌种的种子培养液为木醋杆菌发酵培养液质量的8～25%，充分振荡后，在30摄氏度下培养15天，得到纤维素水凝胶；将纤维素水凝胶置于摩尔浓度为5%的NaOH水溶液中，加热到90摄氏度，保温10小时，再置于去离子水中，在85摄氏度下保温15小时，得到纤维素水凝胶块体；(1-4)将上述纤维素水凝胶块体放入摩尔浓度为3～10摩尔/升的硫酸、盐酸、硝酸、氢溴酸、氢碘酸中的任意一种中，在60～90摄氏度下搅拌分散0.3～2小时，用去离子水水洗，使溶液至中性，得到固体质量百分数为0.1～1%、纤维直径为1～300纳米的纤维素纳米纤维的分散液；或：将上述纤维素水凝胶块体放入机械粉碎机中，加入去离子水后，在常温下机械破碎3～8分钟后，得到固体质量百分数为0.1～1%、纤维直径为1～300纳米和粒度小于1厘米的纤维素纳米纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超亲水和水下超疏油的纤维素膜，其特征在于：由经纱和纬纱通过机械编织方法制得，经纱和纬纱相互交织，经热压粘结形成目数为50～500目的纤维素膜；所述经纱和纬纱采用直径为10～1000微米的纤维素纤维；所述的纤维素纤维由纤维素纳米纤维通过化学纤维纺丝方法制得；所述的经纱之间的间隔和纬纱之间的间隔均为25~3962微米。

【技术特征摘要】
1.一种超亲水和水下超疏油的纤维素膜，其特征在于：由经纱和纬纱通过机械编织方法制得，经纱和纬纱相互交织，经热压粘结形成目数为50～500目的纤维素膜；所述经纱和纬纱采用直径为10～1000微米的纤维素纤维；所述的纤维素纤维由纤维素纳米纤维通过化学纤维纺丝方法制得；所述的经纱之间的间隔和纬纱之间的间隔均为25~3962微米。2.一种如权利要求1所述的超亲水和水下超疏油的纤维素膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备纤维素纳米纤维的分散液：制备固体质量百分数为0.1～1%、纤维直径为1～300纳米的纤维素纳米纤维的分散液，或固体质量百分数为0.1～1%、纤维直径为1～300纳米和粒度小于1厘米的纤维素纳米纤维的分散液；(2)对上述步骤(1)制备的纤维素纳米纤维分散液采用化学纤维纺丝方法得到直径为10～1000微米的纤维素纤维，所述的化学纤维纺丝方法为干法纺丝或湿法纺丝；其中采用干法纺丝技术制备纤维素纤维的过程如下：(2-1)向步骤(1)制备的纤维素纳米纤维分散液中加入次氯酸钠溶液，体积比为：纤维素纳米纤维分散液：次氯酸钠溶液=100:1~5，搅拌均匀，反应30分钟后滴加冰醋酸至中性，在25~35摄氏度下加热搅拌30~90分钟，浓缩形成粘度为5000~10000帕斯卡秒的纺丝液，将纺丝液真空抽滤去泡后，在温度为25摄氏度、相对湿度为45%，卷绕距离为8-12厘米条件下，使用干法纺丝装置挤出得到初纺纤维素纤维；(2-2)将步骤(2-1)制备的初纺纤维素纤维经风速为0.3~0.5米每秒、温度为40~60摄氏度的热风下吹拉10~15分钟，捻度为400~600捻/10厘米加捻，在温度为100~120摄氏度热定型5~10分钟，再去捻得到直径为10～1000微米的纤维素纤维；其中采用湿法纺丝技术制备纤维素纤维的过程如下：(2-3)将步骤(1)制备的纤维素纳米纤维分散液经过滤、脱泡，形成温度为15~120摄氏度纺丝原液；(2-4)将步骤(2-3)制备的纺丝原液经计量泵、过滤器后从喷丝孔喷出，进入温度为20~90摄氏度凝固浴中，凝固浴为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜的水溶液中的任意一种，且凝固浴浓度为25~70%，得到初纺纤维素纤维；(2-5)将步骤(2-4)制备的初纺纤维素纤维经过总牵伸比为0.5~7.0的牵伸、水洗、上油、烘干工序得到直径为10～1000微米的纤维素纤维；(3)将上述步骤（2）制备的纤维素纤维采用机械编织方法得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：付蕊，赛华征，王亚雄，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15