[发明专利]一种改性醋酸纤维素超滤膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性醋酸纤维素超滤膜的方法，属于超滤膜的分离技术领域。

背景技术

超滤作为一种新型高效的膜分离技术，分离原理可以概述为：溶液体系在压力的推动下在膜表面发生分离溶剂(水)和其他小分子溶质通过具有不对称微孔结构的超滤膜大分子溶质或微粒被超滤膜截留在膜表面。与传统的分离技术相比，超滤技术具有明显的技术优势：超滤过程无相变，在常温及低压下进行，可以维持蛋白质的活性；超滤处理量大，适合稀溶液中微量蛋白质的回收和低浓度蛋白质的浓缩；超滤过程能耗低，设备体积小，结构简单，工艺流程简单，易于操作管理。由于超滤以上优点，超滤通常用于净化，分离和浓缩三大领域。

虽然超滤技术优势明显，但是，超滤技术还未在蛋白质等具有生物活性的物质分离方面得到广泛应用，其最主要原因是膜污染，即溶液中的生物大分子吸附在膜表面，引起膜孔的堵塞和孔径的减小，导致超滤性能的持续下降。

醋酸纤维素(CA)是使用最广泛的超滤膜材料，但CA超滤膜的分离性能通常难以满足操作要求，其原因是在相转化成膜过程中，亲水性材料会降低溶剂与凝胶浴之间的传质速度，延长凝胶时间，因此获得的CA超滤膜皮层较厚、孔隙率较小、孔径较大导致膜的通量小，同时该类超滤膜具有易压密性，也限制了CA超滤膜的综合分离性能。

在对超滤膜表面污染的研究中发现，经过酰胺基、羧基、羧甲基等亲水性基团改性的超滤膜，可以增大其亲水性，从而改善醋酸纤维素成膜后膜的孔道结构及孔隙率，以提高膜的水通量，同时能够保持较高的膜截留率，使膜在应用过程中降低污染，同时有效抑制蛋白质吸附的性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中CA超滤膜的水通量低、高污染的问题，而提供一种改性醋酸纤维素超滤膜的方法。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：

一种改性醋酸纤维素超滤膜的方法，具体步骤如下：

步骤一、酸化：将羧甲基纤维素溶于10％～20％质量分数的硫酸中进行酸化，酸化时间小于3小时，酸化后洗涤抽滤干燥；

步骤二、活化：酸化后在20～60℃水浴下乙酸活化，活化时间小于4小时；

步骤三、酯化：活化后加入酯化剂进行酯化，酯化时间2～4h；

步骤四、水解：酯化后加入水解液进行水解，水解时间1～2h；

步骤五、水解后中和，沉析，水洗至中性，得羧甲基醋酸纤维素CMCA。

步骤六、将醋酸纤维素CA、步骤五所得的CMCA溶于有机溶剂中，其中高分子质量百分比浓度为12.5％～17.5％，配制成铸膜液；在水浴40～60℃下搅拌使之混合均匀，静止并超声脱泡；

步骤七、将步骤六所得的铸膜液倒在玻璃平板上刮膜，待溶剂蒸发30～60s后，浸入水凝胶浴中12～24h，相转化成膜，即得到改性的醋酸纤维素超滤膜。

步骤六中所述的铸膜液中还可加入致孔剂；致孔剂质量百分比浓度为0～2.5％，其种类包括聚乙二醇(PEG600)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)。

步骤一中所述的原料羧甲基纤维素的羧甲基取代度最佳范围为0.2～0.60。

步骤五所得的CMCA乙酰基含量范围为34.5％～40.5％。

步骤五所得的CMCA分子量范围为35000～55000。

步骤六中所述的CA、CMCA质量比范围为CA∶CMCA在10∶0～6∶4。

步骤六中所述的有机溶剂为二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)几种。

步骤六中所述的铸膜液水浴温度范围为40～60℃，搅拌时间范围为4～6h，超声振荡处理时间范围为6～12h。

有益效果

1、本发明的一种改性醋酸纤维素超滤膜的方法，采用羧甲基醋酸纤维素对醋酸纤维素超滤膜进行改性，因为羧甲基醋酸纤维素中含有亲水性羧基基团，所以提高了醋酸纤维素超滤膜的亲水性，从而改善醋酸纤维素成膜后膜的孔道结构及孔隙率，提高了超滤膜的水通量，降低蛋白质在超滤膜表面的吸附，并提高了超滤膜的抗污染性。

2、用本方法制得的改性醋酸纤维素超滤膜，通量高、耐污染、易清洗、生产成本低。纯醋酸纤维素超滤膜的水通量由18.4L/(m²·h)最高提至改性后的135.9L/(m²·h)；蛋白质截留率保持在较高的数值，达到80％以上；同时改性后的超滤膜通量恢复率显著增大，抗污染性能得到很大的提高。

附图说明