CN109012242A - 用于醇水分离的海藻酸钠混合基质膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于分离醇水的混合基质膜的制备方法。本发明通过预先合成一种还原氧化石墨烯‑木素磺酸钠复合材料，再将所合成的复合材料加入海藻酸钠制膜液中，分散均匀后，在超滤底膜上制备海藻酸钠混合基质膜，经室温干燥、交联和热处理后直接得到含还原氧化石墨烯‑木素磺酸钠复合材料的海藻酸钠渗透汽化膜。本发明利用还原氧化石墨烯‑木素磺酸钠复合材料内的片层孔道及亲水性，将其加入到制膜液中，使海藻酸钠膜的渗透汽化分离醇水混合液的分离性能提高。

Description

用于醇水分离的海藻酸钠混合基质膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种分离醇水的海藻酸钠混合基质膜的制备方法，特别是针对还原氧化石墨烯-木素磺酸钠复合材料与海藻酸钠混合制得的乙醇进行浓缩的渗透汽化膜的制备方法。
背景技术：
渗透汽化技术是一种新型的膜分离过程，因其具有高效、节能、环保等优点有望取代传统高能耗的蒸馏过程，在生物醇的原位分离和提高发酵效率过程中发挥重要作用。
我国学者对优先透水膜进行了广泛的研究和探究，如吴礼光；朱长乐；刘美娥在中国专利94102067.3--“渗透汽化透水膜的制备方法及组成”中发明了一种用聚乙烯醇和壳聚糖共混，加入交联剂柠檬酸后制成透水性能优良的的膜材料，林晓；徐南平；罗彦；仲盛来在中国发明专利200410041601.3—“一种高性能渗透汽化透水膜的制备方法”中发明了在多孔管状陶瓷支撑体表面制备NaA型分子筛膜的方法，其分离90wt％乙醇水溶液时，平均水渗透通量J＝2.5～3.2kg/m2h，分离系数a＝5000～10000以上，在专利号为200410015893.3的中国专利中，陈翠仙；李继定；刘寿山；张丹霞制备低温等离子体接枝渗透汽化膜，这种渗透汽化膜具有良好的选择性和渗透通量。目前在高浓度乙醇/水脱水领域已实现了工业化。
虽然目前醇-水体系中优先透水的渗透汽化分离研究国内外已有较多的报道，渗透汽化用于制备无水乙醇已经进入工业应用。但优先透水的渗透汽化过程只适于处理富含有醇类而水含量低的体系，如浓度99％(w)的乙醇脱水制取无水乙醇工艺。而在工业生产中，存在着很多醇类含量较低的水溶液体系，故对其进行深入的研究有着重要的实际价值。
天然多糖，一类生物高分子，已广泛应用于食品、医药、日用化工等领域，同时，也常被用做膜材料。海藻酸钠正是天然多糖的一种，具有良好的成膜性和较好的亲水性。与其他有机膜相比，海藻酸钠虽具有柔韧良好、透气性高、密度低等优点，但是它的耐溶剂、耐温度性及力学性能都较差。因此人们对海藻酸钠进行了共混、复合、接枝、杂化等改性。其中，有机-无机杂化是提高聚合物综合性能的简单有效的方法之一。
木素磺酸钠是来自木质素磺化，拥有大量的含氧集团，水溶性好。目前，由于其可再生性、低成本和含有大量亲水集团，其越来越的被作为表面活性剂和水吸附剂。此外，木素磺酸钠的疏水性苯基丙烷单元自发地交联成三维网络，这使得在加湿-除湿循环期间能快速膨胀和收缩。
石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源等方面具有重要的应用前景，被认为是一种革命性的材料。厚1mm的石墨烯大约包含300万层石墨烯。石墨烯呈现薄纱状与碳纳米管相比，更适合于生物材料的研究。并且石墨烯的边缘与碳纳米管相比，更长，更易于被掺杂以及化学改性，更易于接收官能团。
前期发现，将木素磺酸钠添加到海藻酸钠制膜液中，可以提高膜的分离性能。为了进一步优化渗透汽化膜的性能，将还原氧化石墨烯与木素磺酸钠进行复合，制备还原氧化石墨烯-木素磺酸钠分散液，制备一种性能更为优化的渗透汽化膜。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供一种用于分离醇水的海藻酸钠混合基质膜的制备方法，采用该种方法制备的混合基质膜具有分离性能高的特点。包括以下步骤：
1)还原氧化石墨烯-木素磺酸钠分散液的制备：将浓度均为0.03g/ml氧化石墨烯溶液和木素磺酸钠溶液混合，超声混合均匀加入少量维生素C，在剧烈搅拌下将氧化石墨烯-木素磺酸钠混合液在95℃反应一定时间，反应结束后冷却至室温，再超声，分散得还原氧化石墨烯-木素磺酸钠均匀分散液；
2)制膜液的配置：将海藻酸钠溶于水中恒温搅拌至完全溶解配置0.03g/ml的海藻酸钠制膜液，然后加入还原氧化石墨烯-木素磺酸钠分散液，所加分散液与海藻酸钠的体积比均为为1:10，将混合液经搅拌和超声分散均匀后静置脱泡得到制膜液；
3)然后将静置好的制膜液均匀地倾倒在干燥、洁净、光滑的超滤底膜上，用刮膜刀刮成一定的厚度的湿膜，在室温下干燥，接着将干燥好的膜再放入0.5mol/L氯化钙溶液中进行交联10分钟，交联后将膜水洗，在室温下彻底干燥，即得到渗透汽化膜。
作为本发明的用于分离醇水体系的海藻酸钠混合基质膜制备方法的进一步改进：超滤底膜为聚砜膜、聚醚砜膜和聚丙烯腈膜。
本发明方法简单可行，易于操作，所制备的渗透汽化膜是一种复合膜，其具有完美的渗透汽化膜的结构，对醇类有机物有较好的选择性；且化学性能稳定，疏水性强，长期使用分离性能仍可保持稳定；因此应用于工业化生产前景可观。本发明采用价格低廉的原料进行生产，故能降低产品的成本，使其具有很强的市场竞争力。利用本发明的渗透汽化膜从发酵液中浓缩乙醇，具有高效、低能耗的优点，能充分响应国家节能减排的号召。
具体实施方法：
对比例1-3：
海藻酸钠渗透汽化膜：
1)制膜液的配置，将1.2g海藻酸钠溶与40ml水中恒温搅拌至完全溶解，所得制膜液静置过夜以除去气泡；
2)然后将静置好的制膜液均匀地倾倒在干燥、洁净、光滑的超滤底膜上，用刮膜刀进行刮膜处理，得一定厚度的湿膜，在室温下完全干燥；
3)接着将干燥好的膜再放入0.5mol/L的氯化钙溶液中进行交联10分钟，交联后将膜水洗，在室温下完全干燥，即得到渗透汽化膜。
将上述混合基质膜用于分离乙醇-水，具体操作如下：
将制成的渗透汽化膜装入渗透汽化装置的渗透池中，在料液瓶内加入90％的乙醇水溶液，加热，使料液温度维持在70℃，膜下游真空度控制在180Pa。收集瓶放入液氮中冷冻，打开真空泵，乙醇蒸汽被冷凝收集，通过称量收集瓶中质量以及用气相色谱分析透过液中乙醇的浓度，从而获得该渗透汽化膜分离乙醇-水体系的渗透通量和分离因子，结果如表1。
实施例1-3：
一种用于分离醇水体系的海藻酸钠混合基质膜的制备方法，依次进行以下步骤：
1)还原氧化石墨烯-木素磺酸钠分散液的制备：将浓度均为0.03g/ml氧化石墨烯溶液和木素磺酸钠溶液混合，超声混合均匀加入少量维生素C，在剧烈搅拌下将氧化石墨烯-木素磺酸钠混合液在95℃反应一定时间，反应结束后冷却至室温，再超声，分散得还原氧化石墨烯-木素磺酸钠均匀分散液；
2)制膜液的配置：将海藻酸钠溶于去水中恒温搅拌至完全溶解配置0.03g/ml的海藻酸钠制膜液，然后加入还原氧化石墨烯-木素磺酸钠分散液，所加分散液与海藻酸钠的体积比均为为1:10，将混合液经搅拌和超声分散均匀后静置脱泡得到制膜液。
后续操作步骤与对比例一致。将上述混合基质膜用于分离乙醇-水，从而获得该渗透汽化膜分离乙醇-水体系的渗透通量和分离因子，结果如表1.
表1SA膜和LS/SA复合膜分离乙醇-水体系的渗透通量和分离因子

Claims (2)

1.用于醇水分离的海藻酸钠混合基质膜的制备方法，其特征是包括以下步骤：
1)还原氧化石墨烯-木素磺酸钠分散液的制备：将浓度均为0.03g/ml氧化石墨烯溶液和木素磺酸钠溶液混合，超声混合均匀加入少量维生素C，在剧烈搅拌下将氧化石墨烯-木素磺酸钠混合液在95℃反应一定时间，反应结束后冷却至室温，再超声，分散得还原氧化石墨烯-木素磺酸钠均匀分散液；
2)制膜液的配置：将海藻酸钠溶于水中恒温搅拌至完全溶解配置0.03g/ml的海藻酸钠制膜液，然后加入还原氧化石墨烯-木素磺酸钠分散液，所加分散液与海藻酸钠的体积比均为为1:10，将混合液经搅拌和超声分散均匀后静置脱泡得到制膜液；
3)然后将静置好的制膜液均匀地倾倒在干燥、洁净、光滑的超滤底膜上，用刮膜刀刮成一定的厚度的湿膜，在室温下干燥，接着将干燥好的膜再放入0.5mol/L氯化钙溶液中进行交联10分钟，交联后将膜水洗，在室温下彻底干燥，即得到渗透汽化膜。
2.根据权利要求1所述的用于分离乙醇水的海藻酸钠混合基质膜的制备方法，其特征是：所述超滤底膜为聚砜膜、聚醚砜膜和聚丙烯腈膜。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110548414A (zh) * 2019-08-28 2019-12-10 南京工业大学 一种基于两性离子功能化氧化石墨烯的分离膜及其制备方法
CN110711491A (zh) * 2019-11-20 2020-01-21 北京林业大学 一种用于醇水分离的木素磺酸钙/海藻酸钠渗透汽化膜的制备
CN113144919A (zh) * 2020-11-23 2021-07-23 兰州大学 一种用于污水处理的3d打印多功能化滤膜及其制备方法和应用
CN114539646A (zh) * 2022-01-24 2022-05-27 谢辉辉 一种高强度耐磨橡胶及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104785133A (zh) * 2015-04-07 2015-07-22 天津大学 海藻酸钠-两性离子修饰氧化石墨烯杂化复合膜及制备和应用
CN104841291A (zh) * 2015-05-21 2015-08-19 南京工业大学 一种有效增强氧化石墨烯膜脱水性能的方法
CN105771695A (zh) * 2016-04-13 2016-07-20 南京工业大学 一种表面改性提高聚酰胺反渗透膜性能的方法
CN107185414A (zh) * 2017-06-01 2017-09-22 江苏大学 一种氧化石墨烯/海藻酸钙凝胶改性复合膜的制备方法及其用途
CN107551830A (zh) * 2017-08-04 2018-01-09 天津大学 磺化沥青/海藻酸钠杂化膜及制备和应用
US20180071684A1 (en) * 2016-09-12 2018-03-15 Georgia Tech Research Corporation Black Liquor Concentration by a Membrane Comprising Graphene Oxide on Porous Polymer

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104785133A (zh) * 2015-04-07 2015-07-22 天津大学 海藻酸钠-两性离子修饰氧化石墨烯杂化复合膜及制备和应用
CN104841291A (zh) * 2015-05-21 2015-08-19 南京工业大学 一种有效增强氧化石墨烯膜脱水性能的方法
CN105771695A (zh) * 2016-04-13 2016-07-20 南京工业大学 一种表面改性提高聚酰胺反渗透膜性能的方法
US20180071684A1 (en) * 2016-09-12 2018-03-15 Georgia Tech Research Corporation Black Liquor Concentration by a Membrane Comprising Graphene Oxide on Porous Polymer
CN107185414A (zh) * 2017-06-01 2017-09-22 江苏大学 一种氧化石墨烯/海藻酸钙凝胶改性复合膜的制备方法及其用途
CN107551830A (zh) * 2017-08-04 2018-01-09 天津大学 磺化沥青/海藻酸钠杂化膜及制备和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KECHENG GUAN ET AL.: "Incorporating Graphene Oxide into Alginate Polymer with a Cationic Intermediate To Strengthen Membrane Dehydration Performance", 《ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110548414A (zh) * 2019-08-28 2019-12-10 南京工业大学 一种基于两性离子功能化氧化石墨烯的分离膜及其制备方法
CN110711491A (zh) * 2019-11-20 2020-01-21 北京林业大学 一种用于醇水分离的木素磺酸钙/海藻酸钠渗透汽化膜的制备
CN113144919A (zh) * 2020-11-23 2021-07-23 兰州大学 一种用于污水处理的3d打印多功能化滤膜及其制备方法和应用
CN114539646A (zh) * 2022-01-24 2022-05-27 谢辉辉 一种高强度耐磨橡胶及其制备方法

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