一種海鞘納米纖維素超濾膜及其制備方法和應(yīng)用
【專利說明】一種海鞘納米纖維素超濾膜及其制備方法和應(yīng)用
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種海鞘納米纖維素超濾膜及其制備方法和應(yīng)用，屬于化學(xué)化工、高分子功能材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]含油廢水是常見的環(huán)境污染源之一，嚴(yán)重威脅著人類的健康和社會的發(fā)展。無論是水處理還是油類回收都需要對含油廢水進(jìn)行有效分離。油類根據(jù)在含油廢水中存在狀態(tài)的不同分為浮油、分散油、乳化油。傳統(tǒng)的油水分離方法如重力分離、離心分離、浮選法、粗粒化法只能有效分離浮油和分散油，而乳化油由于處于穩(wěn)定狀態(tài)且油滴粒徑較小(小于10μm)很難被有效分離。常用的化學(xué)凝聚、電解、電磁吸附等處理乳化油的方法存在耗能高、耗時長、工藝復(fù)雜等問題。而蛋白質(zhì)、細(xì)菌、病毒等的分離要求分離方法無破壞性。因此超濾成為一種高效優(yōu)質(zhì)的分離方法。現(xiàn)在使用的超濾膜一般是合成的高分子(如聚偏二氟乙烯、聚碳酸酯)膜和陶瓷膜。合成高分子超濾膜通常需要使用有害的試劑和凝聚劑來實現(xiàn)相轉(zhuǎn)變，而陶瓷膜質(zhì)量大，難處理，制備成本高。
[0004]海鞘纖維素來源于尾索動物海鞘的背囊，是迄今為止被發(fā)現(xiàn)唯一來自于動物的纖維素。海鞘納米纖維素最常用制備方法是酸解法，由于海鞘纖維素聚集態(tài)結(jié)構(gòu)在結(jié)晶區(qū)和非晶區(qū)，而非晶區(qū)更易受到外力的破壞，經(jīng)酸解除去非晶區(qū)保留結(jié)晶，得到海鞘納米纖維素。海鞘納米纖維素直徑10-30 nm，長度可達(dá)3μπι，彈性模量高達(dá)150GPa，由于其具有納米尺寸，優(yōu)異力學(xué)性能及其可再生可降解的特點，在超濾膜的運用中可廣泛使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種海鞘納米纖維素超濾膜及其制備方法和應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明的海鞘納米纖維素超濾膜，是由海鞘納米纖維素水分散液抽濾制得。所述海鞘納米纖維素水分散液中海鞘納米纖維素含量為0.01wt%?5wt%。
[0007]本發(fā)明的海鞘納米纖維素超濾膜的制備方法，以濾膜為基底，用濃度為0.01wt%? 鞘納米纖維素水分散液抽濾成膜。
[0008]作為基底的濾膜孔徑為0.22?0.45μπι。
[0009]所述的海鞘納米纖維素水分散液，是從海鞘背囊中提取海鞘纖維素，經(jīng)酸解、離心洗滌，透析至電導(dǎo)率不變而得到。用于水解海鞘纖維素的酸包括但不限于:硫酸、鹽酸、醋酸、磷酸等。優(yōu)選為硫酸。
[0010]本發(fā)明的海鞘納米纖維素超濾膜可以用于蛋白質(zhì)濃縮和油水分離。
[0011]本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供的海鞘納米纖維素表面帶電荷，因此海鞘納米纖維素之間存在靜電斥力，通過酸、堿、鹽等電解質(zhì)在抽濾成膜后沖洗海鞘納米纖維素，改變海鞘納米纖維素之間的作用，從而調(diào)控超濾膜的孔徑，實現(xiàn)選擇性分離尺寸不同的微納米顆粒。該濾膜制備方法簡單、成本低、可生物降解，能有效快速地分離乳化油、蛋白質(zhì)、細(xì)菌、病毒等微納米顆粒。
[0012]與已有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有創(chuàng)新如下:
本發(fā)明以天然高分子纖維素為原料，可循環(huán)再生，具有生物降解性。使用酸解得到海鞘納米纖維素水分散液，直接抽濾成膜，制備過程簡單、快速、方便、低成本、無污染。此外，硫酸水解得到的海鞘納米纖維素表面會帶有磺酸酯基，因此海鞘納米纖維素之間存在靜電斥力，通過酸、堿、鹽等電解質(zhì)在成膜過程中沖洗海鞘納米纖維素，改變海鞘納米纖維素之間的作用，從而增大超濾膜的孔徑，實現(xiàn)選擇性分離尺寸不同的微納米顆粒。
【附圖說明】
[0013]圖1是實施例6中海鞘纖維素納米晶體經(jīng)0.3wt%氯化鈉溶液處理前(a)后(b)超濾膜的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0014]以下實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，但不應(yīng)該理解為對本發(fā)明的限制。在不背離本發(fā)明精神和實質(zhì)的情況下，對本發(fā)明方法、步驟或者條件所作的修改或替換，均屬于本發(fā)明的范圍。若未特別聲明，實施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域人員所熟知的常規(guī)手段。
[0015]實施例1
將海鞘解剖后得到背囊500g(濕重)用1.5L 5 wt°/c^NaOH溶液80 °C處理24 h，用去離子水洗至中性后再按同樣方式堿處理2次。用1.5L1.2被％的出02溶液在弱堿性條件下(pH為8-9)80 °C漂白，每隔3h補(bǔ)加30g 30%H202，反應(yīng)12h后用去離子水沖洗，烘干、打碎后得到純化的25g。為制備海鞘納米纖維素水懸浮液，10 g海鞘纖維素分散在500 g 65 wt%硫酸中70°C水解2 h，反應(yīng)液稀釋10倍，1000rpm轉(zhuǎn)速下不斷離心洗滌至上層液體渾池后對水透析至電導(dǎo)率不變。懸浮液用旋蒸濃縮到一定濃度，用重量法測得濃度為3%。
[0016]實施例2
將0.0I wt%海鞘納米纖維素水懸浮液20 mL，用孔徑為0.22μηι普通濾膜，抽濾制成海鞘納米纖維素超濾膜。超濾膜的厚度為2μηι，孔徑< 30 nm。用該超濾膜分離濃度為10 mg/mL的牛血清蛋白，分離率為80%。此外，用該超濾膜進(jìn)行乳化油分離測試，分離異辛烷與水按質(zhì)量比I: 99的微乳液，超濾膜有利于破乳或油滴凝結(jié)，有效截留乳化油滴，達(dá)到油水分離目的。該濾膜的分離效率為90%，流通量為7710 L.m—2.h—1.MPa—1。
[0017]實施例3
將0.5 wt%海鞘納米纖維素水懸浮液3 mL，用孔徑為0.22μπι普通濾膜，抽濾制成海鞘納米纖維素超濾膜。超濾膜的厚度為9μηι，孔徑< 30 nm。用該超濾膜分離濃度為10 mg/mL的牛血清蛋白，分離率為90%。此外，用該超濾膜進(jìn)行乳化油分離測試，分離異辛烷與水按質(zhì)量比1:99的微乳液，超濾膜有利于破乳或油滴凝結(jié)，有效截留乳化油滴，達(dá)到油水分離目的。該濾膜的分離效率為99%，流通量為2100L.m—2.h—1.MPa—1。
[0018]實施例4
將0.5 ?丨%海鞘納米纖維素水懸浮液3 mL，用孔徑為0.45 Mi普通濾膜，抽濾制成海鞘納米纖維素超濾膜。超濾膜的厚度為9μηι，孔徑< 30 nm。用該超濾膜分離濃度為10 mg/mL的牛血清蛋白，分離率為90%。此外，用該超濾膜進(jìn)行乳化油分離測試，分離異辛烷與水按質(zhì)量比I: 99的微乳液，超濾膜有利于破乳或油滴凝結(jié)，有效截留乳化油滴，達(dá)到油水分離目的。該濾膜的分離效率為99%，流通量為2100L.m—2.h—1.MPa—1。
[0019]實施例5
將0.5 wt%海鞘納米纖維素水懸浮液9 mL，用孔徑為0.22μπι普通濾膜，抽濾制成海鞘納米纖維素超濾膜。超濾膜的厚度為27μηι，孔徑< 30 nm。用該超濾膜分離濃度為10 mg/mL的牛血清蛋白，分離率為97%。此外，用該超濾膜進(jìn)行乳化油分離測試，分離異辛烷與水按質(zhì)量比I: 99的微乳液，超濾膜有利于破乳或油滴凝結(jié)，有效截留乳化油滴，達(dá)到油水分離目的。該濾膜的分離效率為100%，流通量為590L.m—2.h—1.MPa—1。
[0020]實施例6
將0.5 wt%海鞘納米纖維素水懸浮液I mL，用孔徑為0.22μηι普通濾膜抽濾，然后用
0.3的％氯化鈉溶液沖洗得到海鞘納米纖維素超濾膜。超濾膜的厚度為10 μπι，孔徑<100nm。用該超濾膜分離濃度為10 mg/mL的牛血清蛋白，分離效果不顯著。用該超濾膜進(jìn)行乳化油分離測試，分離異辛烷與水按質(zhì)量比1:99的微乳液，超濾膜有利于破乳或油滴凝結(jié)，有效截留乳化油滴，達(dá)到油水分離目的。該濾膜的分離效率為90%，流通量為5250L.m—2.h—1.MPa—、
【主權(quán)項】
1.一種海鞘納米纖維素超濾膜，其特征在于，由海鞘納米纖維素水分散液抽濾制得。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海鞘納米纖維素超濾膜，其特征在于，所述海鞘納米纖維素水分散液中海鞘納米纖維素含量為0.01wt%?5wt%。3.權(quán)利要求1或2所述的海鞘納米纖維素超濾膜的制備方法，其特征在于，以濾膜為基底，用濃度為0.01wt%?5wt%海鞘納米纖維素水分散液抽濾成膜。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，作為基底的濾膜孔徑為0.22?0.45μmD5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，通過電解質(zhì)在抽濾成膜后沖洗海鞘納米纖維素，從而調(diào)控超濾膜的孔徑。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述電解質(zhì)為酸、堿或鹽。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，通過0.3wt%氯化鈉溶液在抽濾成膜后沖洗海鞘納米纖維素，從而增大超濾膜的孔徑。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述海鞘納米纖維素水分散液是從海鞘背囊中提取海鞘纖維素，經(jīng)酸解、離心洗滌，透析至電導(dǎo)率不變而得到。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，用于水解海鞘纖維素的酸包括硫酸、鹽酸、醋酸、磷酸。10.權(quán)利要求1所述的海鞘納米纖維素超濾膜用于蛋白質(zhì)濃縮和油水分離。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種海鞘納米纖維素超濾膜的制備方法。該方法用酸解法制備海鞘納米纖維素水懸浮液，以普通濾膜為基底，將海鞘納米纖維素水懸浮液抽濾形成超濾膜。該超濾膜可以通過酸、堿、鹽等電解質(zhì)控制其孔徑大小，從而分離尺寸不同的微納米顆粒。本專利還公布了該超濾膜在蛋白質(zhì)濃縮和油水分離等方面的應(yīng)用。本發(fā)明方案制備的海鞘納米纖維素超濾膜可以有效分離乳化油和蛋白質(zhì)，而且制備方法簡單易行、成本低、無毒性。
【IPC分類】C02F1/44, B01D71/10, B01D67/00, B01D61/14
【公開號】CN105536567
【申請?zhí)枴緾N201510984809
【發(fā)明人】常春雨, 張俐娜, 程巧云, 汪森
【申請人】武漢大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月25日