[發明專利]一種超濾膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201310565453.4
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103551054A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 李寧;何福海;魏齊;楊楠
• 申請（專利權）人: 中科瑞陽膜技術（北京）有限公司
• 主分類號: B01D71/10
• 分類號: B01D71/10;B01D69/12;B01D67/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 蘇紅梅

技術領域

本發明屬于膜技術領域，涉及一種超濾膜，具體涉及一種交聯纖維素超濾膜及其制備方法。

背景技術

膜技術目前已經廣泛應用于食品、化學、醫藥和環保等領域。超濾技術是膜技術中重要的組成部分，在蛋白質濃縮、污水處理和天然產物分離等技術領域具有廣泛的應用。

超濾技術中的核心組成部分為超濾膜。超濾膜在應用過程中，由于料液性質的差別，導致膜性能在相同操作條件下表現出較大的差異。在食品領域中，常常需要對蛋白質進行濃縮或分離，待分離料液中含有大量的蛋白質分子，由于高分子材料的親水性強弱不同，導致料液中的蛋白質分子會不同程度地吸附在膜表面或孔道的壁面。當高分子材料的親水性較差時，蛋白質會大量吸附在膜表面及孔道內部，導致膜孔堵塞，膜通量急劇衰減，從而影響膜分離性能。

纖維素衍生物在膜材料的應用占據較大的地位。自60年代，醋酸纖維素反滲透膜出現，在其后的多年中，繼而出現了三醋酸纖維素反滲透膜、納濾膜、超濾膜和微濾膜。纖維素酯類超濾膜產品，由于其材料本身性質，對蛋白質吸附能力明顯小于聚砜、聚醚砜和聚偏氟乙烯等膜材料。因此，纖維素酯類膜材料在含蛋白質料液體系中表現出明顯的優勢。

然而，傳統纖維素酯類膜材料，在堿性環境清洗及在堿性環境中運行過程中，會發生嚴重的水解反應，使膜結構破壞，極大的影響膜產品的性能和使用壽命。

針對纖維素酯類膜材料不能在堿性環境運行的問題，米利波爾公司提供了一種解決方案（CN1176608A）：在聚乙烯（PE）微孔膜上涂覆纖維素酯，在凝固浴中完成相轉化，隨后，對該復合膜進行堿性環境浸泡，浸泡結束后的復合膜，采用純水進行清洗，清洗后的纖維素膜能夠在堿性環境下運行。

上述制備工藝先涂覆復合層，然后相轉化后再進行水解，整體過程較為復雜，生產周期長，成本較高，難進行產業化；并且僅僅對膜進行了堿性浸泡，不能根本解決膜的耐堿性能力。

因此，本發明的目的是提供一種耐堿性能更好的纖維素膜。

發明內容

本發明采用一種常用高分子材料為基膜，例如纖維素脂（醋酸纖維素，三醋酸纖維素，硝酸纖維素，醋酸丁酸纖維素，醋酸丙酸纖維素等），調整鑄膜液配方，優化基膜性能。

在制備基膜的過程中，采用強堿性凝固浴，在纖維素酯凝固過程中，鑄膜液中纖維素酯在析出的過程中，與凝固浴中的強堿發生反應，使纖維素酯中的乙酰基或硝酸基等脫除。在該過程結束后，纖維素酯發生轉化，全部轉化成再生纖維素。經過凝固浴后，纖維素酯材料直接制備出再生纖維素膜，經過純水洗掉膜中殘留的堿性溶液。經過堿液處理過的纖維素膜，需要通過交聯工藝對纖維素膜進行處理，使膜材料對堿性環境的耐受力增強。

本發明的第一方面涉及一種交聯纖維素超濾膜，包括無紡布層和交聯纖維素層，所述的無紡布選自聚酯無紡布、聚丙烯無紡布、聚乙烯無紡布、聚丙烯與聚乙烯聚合物無紡布，所述的交聯纖維素為戊二醛與纖維素和聚乙烯醇交聯聚合后的產物。

在一個具體實施方案中，本發明第一方面所述的交聯纖維素超濾膜，其厚度約為0.13-0.40mm，其中超濾膜表面的交聯纖維素層的厚度約為0.03-0.15mm，未滲入交聯纖維素的無紡布的厚度約為0.08-0.15mm，交聯纖維素滲入無紡布的深度約為0.02-0.10mm。

在一個具體的實施方案中，本發明第一方面所述的交聯纖維素超濾膜，其中所述的交聯纖維素是將戊二醛分子中一端的醛基與纖維素的羥基間發生的縮醛反應，另一端與聚乙烯醇中的羥基發生縮醛反應，形成的交聯聚合物。

在一個具體的實施方案中，本發明第一方面所述的交聯纖維素超濾膜，其特征在于，所述的超濾膜通過以下步驟制備得到：

（1）制備纖維素膜；

（2）交聯反應：將步驟（1）制備的纖維素膜浸入交聯溶液中進行交聯反應得到交聯纖維素超濾膜，按重量百分比計，所述的交聯溶液的組成為：聚乙烯醇1-10%（例如1％、2％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％），戊二醛0.5-10%（例如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％），甘油10-30%（例如10％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、22％、24％、25％、26％、28％或30％），余量為水；

（3）烘干：將步驟（2）獲得的交聯纖維素超濾膜烘干。

本發明的第二方面提供一種本發明第一方面所述的交聯纖維素超濾膜的制備方法，該方法包括以下幾步：

（1）制備纖維素膜；