一种木质素基聚电解质纳滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于水处理膜技术领域，公开了一种木质素基聚电解质纳滤膜及其制备方法，在超滤膜表面按以下顺序依次刷涂：荷正电聚电解质水溶液/交联剂水溶液/木质素磺酸钠水溶液/正电聚电解质水溶液/木质素磺酸钠水溶液；每一层刷涂到基底表面后保持5‑20分钟；并且除交联剂水溶液的刷涂以外，均再用水冲洗；最后将获得的聚电解质纳滤膜在室温下放置一段时间后浸泡在水中保存。本发明专利技术将木质素磺酸钠开发为聚电解质纳滤膜的制备原料，提高了木质素的开发利用率，并且显著提升了膜表面的亲水性和水分子在聚电解质分离层中的透过性，制备过程简单，可操作性强，工艺条件易于控制，具有广阔的规模化应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种木质素基聚电解质纳滤膜及其制备方法
本专利技术属于水处理膜
，具体来说，是涉及一种聚电解质纳滤膜及其制备方法。技术背景聚电解质纳滤膜具有表面特性和结构易于调控的优势，通过有效调控制备条件可对不同尺寸的分子和离子实现选择性分离(多价离子、染料分子等)。可广泛应用于自来水净化、硬水软化、食品加工、污水处理以及医药等领域，具有广阔的应用前景。该类纳滤膜通常以带不同电荷的聚电解质通过在多孔基底表面进行层层自组装而获得。并且聚电解质纳滤膜与传统的聚酰胺纳滤膜相比，具有表面特性和分离选择性可调范围大、原料选材宽广的优势，克服了聚酰胺纳滤膜主要用于二价离子(Mg2+、Ca2+、SO42-等)和染料的脱除，分离选择性调控困难以及材质单一等缺点。木质素作为在植物界第二大丰富的天然生物聚合物，具有丰富的醇羟基、酚羟基、羧基、甲氧基等功能团，这赋予木质素良好的亲水性。木质素广泛存在于造纸行业和生物燃料行业的废弃物中，每年全世界大约有4000万吨木质素产生。从节能环保、新旧动能转换的角度，将木质素回收利用变废为宝，对减少环境污染、降低制膜成本，促进经济发展具有重要意义。然而遗憾的是，木质素在全球范围内尚没有得到充分的挖掘利用，当前利用率不到总量的10％(Int.J.Biol.Macromol.,2012,51(5),1116-1120)，在材料制备领域主要用做纤维材料和质子膜的添加剂等。木质素在膜制备方面的研究目前还处于起步阶段，但已展示了具大的应用潜力。例如，WangYong课题组(AIChEJournal,2017,63,2221-2231)利用吸附方法将木质素修饰于反渗透膜表面后，发现膜材料的水通量以及抗溶菌酶和牛血清白蛋白的耐污染能力均显著提升，这主要归因于木质素丰富的亲水性功能团提高了膜表面的亲水性和水分子渗透性。基于木质素本身丰富的亲水性功能团，将其作为制膜原料用于聚电解质膜制备，将显著提高膜材料的水分子透过性和水通量，从而获得性能良好的聚电解质膜材料。另外，将木质素开发为制膜原料应用于聚电解质膜制备，将提高其在废弃物中的利用率，促进资源变废为宝，同时降低聚电解质纳滤膜的制备成本，促进规模化制备工艺的发展。然而，木质素本身在中性条件下难以溶于水，这使其无法直接作为制膜原料。当前还没有将木质素开发为聚电解质膜制备原料的相关报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的是如何制备木质素基聚电解质纳滤膜的技术问题，提供一种木质素基聚电解质纳滤膜及其制备方法，通过刷涂辅助的动态层层自组装，显著提高制备效率，节省制备时间和原料，降低制备成本，因此可实现木质素基聚电解质纳滤膜的规模化制备。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：一种木质素基聚电解质纳滤膜，由以下制备过程得到：(1)在超滤膜表面刷涂荷正电聚电解质水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；(2)在步骤(1)得到的样品表面刷涂交联剂水溶液，静置5-20分钟；(3)在步骤(2)得到的样品表面刷涂木质素磺酸钠水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；(4)在步骤(3)得到的样品表面刷涂荷正电聚电解质水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；(5)在步骤(4)得到的样品表面刷涂木质素磺酸钠水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；(6)将步骤(5)得到的样品室温下放置6-12小时，再浸泡在水中保存；所述荷正电聚电解质水溶液中的荷正电聚电解质为聚乙烯亚胺、聚烯丙胺盐酸盐、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的至少一种；所述木质素磺酸钠水溶液中的木质素磺酸钠的磺化度为30％-50％。进一步地，所述超滤膜为聚砜超滤膜、聚醚砜超滤膜或聚丙烯腈超滤膜。进一步地，所述荷正电聚电解质水溶液的质量浓度为1-5g/L。进一步地，所述木质素磺酸钠水溶液的质量浓度为1-5g/L。进一步地，所述交联剂水溶液中的交联剂为丁二醛、戊二醛和已二醛中的至少一种。进一步地，所述交联剂水溶液的摩尔浓度为0.05-0.3mol/L。进一步地，步骤(6)中的温度为20-35℃。进一步地，步骤(1)至步骤(5)中的冲洗时间均为30-90秒。一种木质素基聚电解质纳滤膜的制备方法，按照以下步骤进行：(1)在超滤膜表面刷涂荷正电聚电解质水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；(2)在步骤(1)得到的样品表面刷涂交联剂水溶液，静置5-20分钟；(3)在步骤(2)得到的样品表面刷涂木质素磺酸钠水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；(4)在步骤(3)得到的样品表面刷涂荷正电聚电解质水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；(5)在步骤(4)得到的样品表面刷涂木质素磺酸钠水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；(6)将步骤(5)得到的样品室温下放置6-12小时，再浸泡在水中保存；所述荷正电聚电解质水溶液中的荷正电聚电解质为聚乙烯亚胺、聚烯丙胺盐酸盐、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的至少一种；所述木质素磺酸钠水溶液中的木质素磺酸钠的磺化度为30％-50％。本专利技术的有益效果是：本专利技术将木质素磺酸钠开发为聚电解质纳滤膜的制备原料，提高了木质素的开发利用率，为木质素废旧资源再利用提供了重要思路，使木质素回收利用变废为宝，减少对环境污染的同时降低了制膜成本，这对促进经济发展以及聚电解质纳滤膜的规模化制备具有重要意义。另外，木质素磺化成为木质素磺酸钠后，仍存在丰富的醇羟基、酚羟基、羧基、甲氧基等功能团，具有很强的亲水性；将其应用于聚电解质膜的制备，将显著提高膜表面的亲水性和水分子在聚电解质分离层中的透过性，并且亲水性的提高有助于减少污染物在膜表面的附着，提升聚电解质纳滤膜的抗污染能力。这些物化特性的优化可提高木质素基聚电解质膜的水通量和使用寿命。综上，本专利技术制备过程简单，可操作性强，工艺条件易于控制，具有广阔的规模化应用前景。附图说明图1为刷涂辅助的动态层层自组装过程示意图。具体实施方式作为一种可选的实施方式，本专利技术提供了一种木质素基聚电解质纳滤膜及其制备方法，分别配制1-5g/L质量浓度的荷正电聚电解质水溶液和木质素磺酸钠水溶液，以及0.05-0.3mol/L摩尔浓度的交联剂水溶液；然后在超滤膜表面用软毛刷按以下顺序依次刷涂，如图1所示：荷正电聚电解质水溶液/交联剂水溶液/木质素磺酸钠水溶液/正电聚电解质水溶液/木质素磺酸钠水溶液；每一层刷涂到基底表面后，均在表面保持5-20分钟；并且除刷涂交联剂水溶液以外，均再用去离子水冲洗30-90秒；最后在室温下(20-35℃)放置6-12小时，再浸泡在去离子水中保存，得到木质素基聚电解质纳滤膜；其中，超滤膜为聚砜超滤膜、聚醚砜超滤膜或聚丙烯腈超滤膜；其中，荷正电聚电解质为聚乙烯亚胺、聚烯丙胺盐酸盐、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的至少一种；木质素磺酸钠的磺化度为30％-50％；其中，交联剂为丁二醛、戊二醛和已二醛中的至少一种。本专利技术基于刷涂层层自组装技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种木质素基聚电解质纳滤膜，其特征在于，由以下制备过程得到：/n(1)在超滤膜表面刷涂荷正电聚电解质水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；/n(2)在步骤(1)得到的样品表面刷涂交联剂水溶液，静置5-20分钟；/n(3)在步骤(2)得到的样品表面刷涂木质素磺酸钠水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；/n(4)在步骤(3)得到的样品表面刷涂荷正电聚电解质水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；/n(5)在步骤(4)得到的样品表面刷涂木质素磺酸钠水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；/n(6)将步骤(5)得到的样品室温下放置6-12小时，再浸泡在水中保存；/n所述荷正电聚电解质水溶液中的荷正电聚电解质为聚乙烯亚胺、聚烯丙胺盐酸盐、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的至少一种；/n所述木质素磺酸钠水溶液中的木质素磺酸钠的磺化度为30％-50％。/n

【技术特征摘要】
1.一种木质素基聚电解质纳滤膜，其特征在于，由以下制备过程得到：
(1)在超滤膜表面刷涂荷正电聚电解质水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；
(2)在步骤(1)得到的样品表面刷涂交联剂水溶液，静置5-20分钟；
(3)在步骤(2)得到的样品表面刷涂木质素磺酸钠水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；
(4)在步骤(3)得到的样品表面刷涂荷正电聚电解质水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；
(5)在步骤(4)得到的样品表面刷涂木质素磺酸钠水溶液，静置5-20分钟之后再用水冲洗；
(6)将步骤(5)得到的样品室温下放置6-12小时，再浸泡在水中保存；
所述荷正电聚电解质水溶液中的荷正电聚电解质为聚乙烯亚胺、聚烯丙胺盐酸盐、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的至少一种；
所述木质素磺酸钠水溶液中的木质素磺酸钠的磺化度为30％-50％。


2.根据权利要求1所述的一种木质素基聚电解质纳滤膜，其特征在于，所述超滤膜为聚砜超滤膜、聚醚砜超滤膜或聚丙烯腈超滤膜。


3.根据权利要求1所述的一种木质素基聚电解质纳滤膜，其特征在于，所述荷正电聚电解质水溶液的质量浓度为1-5g/L。


4.根据权利要求1所述的一种木质素基聚电解质纳滤膜，其特征在于，所述木质素磺酸钠水溶液的质量浓度为1-5g/L。


5.根据权利要求1所述的一种木质素基聚电解质纳滤膜制备方法，其特征在于，所述交联剂水溶液中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，张娜，李正华，王吉华，闫婷婷，
申请(专利权)人：德州学院，
类型：发明
国别省市：山东;37