醋酸纤维素膜.doc

醋酸纤维素膜醋酸纤维素膜 环境与资源学院 环境工程 三班作者：孙健64070301 穆嘉64070303 陶怡64070304 侯顺64070305一引言摘要：由醋酸纤维素制成的膜具有高效、抗污染、应用广泛等特性。国外最早的研究工作始于60年代，随着膜科学技术的迅速发展，各种不同类型的醋酸纤维素反渗透膜、超滤膜和微滤膜获得了广泛的应用。本文通过查找醋酸纤维素膜的资料，对醋酸纤维素膜从历史，制备，特性，应用等几个方面进行全面的介绍。通过各个方面的研究，论述，全面介绍醋酸纤维素膜，并通过小组讨论学习，得到以下结论。关键词： 醋酸纤维素膜； 历史； 制备； 特性； 应用；二正文2.1 醋酸纤维膜的历史1960年LoeB和Sourirajan研制成功醋酸纤维素不对称膜，一直以来膜科学工作者对其他膜材料做了大量的工作，至今醋酸纤维素在膜材料中仍占有重要的位置。主要原因是：它与其它膜材料相比虽然有其局限性，但是资源丰富，并且具有无毒、耐氯、价格便宜、制作工艺简单、便于工业化生产等优点。此外，制作的膜用途广，水渗透通量高，截留率好。其缺点是抗氧化性能差，易水解，易压密，抗微生物侵蚀作用较弱等。 1960年洛布（LoeB）和索里拉金（Sourirajan）发明醋酸纤维膜的制膜方法，包括调制铸膜液、铸膜液的刮平、溶剂蒸发、水浸渍和热处理等工序。铸膜液的组成包括醋酸纤维、丙酮、高氯酸镁和水,，在铸膜液中丙酮是为醋酸纤维素提供适当黏度的溶剂。如果丙酮与醋酸纤维素比率太低，会导致铸膜液太黏，就很难浇铸出均匀的膜。如果这种比率太高，铸膜液就会变得太稀，成为胶冻而浸入水中，调整添加剂高氯酸镁含量能改变膜的产水量。后来发展了乙酰化制膜法。把纤维素乙酰化后，可以得到各种黏度等级的用于制备分离膜的醋酸纤维素膜材料，醋酸纤维素分离膜具有较好的分离性能，合理的耐氯性，而且成本低，所以至今仍用来制备反渗透膜、超滤膜、微孔滤膜和电泳膜等。但是由于醋酸纤维素反渗透膜脱盐率低于芳香聚酰胺类复合膜，使用压力也高，易被微生物水解，耐酸碱性差，不耐压，不耐温等缺点，因而单醋酸纤维素膜和二醋酸纤维素膜已较少使用。现在用二醋酸纤维素(CA)和三醋酸纤维素(CTA)按一定比例混合制成卷式和中空纤维反渗透膜，在硝酸纤维素和二醋酸纤维素的支撑膜上，复合以4080nm的三醋酸纤维素反渗透膜等，由于其耐氯性和反渗透性能有提高，及其价格较低，至今仍是与复合反渗透膜同时销售的主要产品。2.2 醋酸纤维膜的制备由于CA 膜的化学、热稳定性、压密性较差，而且易降解，因此，近年来开展了不同用途的改性CA 膜的研制工作。本文主要介绍一下聚乙烯醇-醋酸纤维素共混超滤膜的制备和一种可生物降解醋酸纤维素膜的制备方法.2.2.1 聚乙烯醇-醋酸纤维素共混超滤膜的制备 由于聚乙烯醇(PVA)具有严格的线型结构，化学性质稳定，分子之间的氢键也使其具有足够的热稳定性，分子链上大量的羟基使其具有高度的亲水性，具有与水相近的溶解度参数；且具有良好的成膜性及耐污染性，因而被广泛用于制备亲水膜的材料。醋酸纤维素(CA)因其成膜性好、透水性好、价格低廉、来源易得而广泛用作超滤、反渗透以及气体分离膜的材料。制备步骤如下：首先将一定量的CA溶于一定量冰醋酸中，完全溶解后，加入定量的水并搅拌，使之成均匀溶液，然后再加入一定量的PVA，充分溶胀后，置于约90的水浴中加热并搅拌一定时间，使其完全溶解，静置脱泡后，将此铸膜液在平板玻璃上流延，用刮膜器刮成厚度为0.33 mm的液膜。在室温下静置3 h，然后置于600 mmHg(1mmHg133 Pa)的真空度下在一定温度下干燥一定时间，以脱除凝固剂,然后置于水中脱膜。实验证明：经共混改性的PVA超滤膜，与未改性的PVA超滤膜相比，其亲水性和溶胀度有所降低，耐水性能得到改善。用上述铸膜液制得的膜，在操作压力为0.30 MPa下，处理质量浓度为1 000 mg/L的油/水型乳化液，透液速率可达40 L/(m2h)，除油率可达90%以上。2.2.2 一种可生物降解醋酸纤维素膜的制备方法依次用水，冰醋酸在1540条件下对纤维素进行溶胀；纤维素与醋酸酐长牙条件下进行酯化反应生成醋酸纤维素，反应唯独60100，纤维素与醋酸酐的投料质量比为1：51：8，硫酸为催化剂其用量为纤维素质量的0.3%0.8%，反应时间为0.51小时制得醋酸纤维素黄色溶胶；醋酸纤维溶胶在丙酮中，加入聚乙二醇或聚乙烯醇或柠檬酸三丁脂为增塑剂配制成铸膜液；将所配制铸膜液浇铸在模具中在040温度条件下会发掉丙酮，再将模具及膜置于040水浴中，使膜剥离，回收，干燥。此膜具有一定的耐水性，耐酸碱性和足够的强度，而且废弃后可以被环境中的微生物完全分解成二氧化碳和水。三醋酸纤维膜的优缺点及性能研究改进醋酸纤维膜是由于纤维素分子中的羟基被乙酰基所取代，削弱了氢键的作用力，使大分子间距离增大。醋酸纤维素（CA）是目前广泛应用的膜材料，具有选择性高、耐氯性好、制膜工艺简单等优点。醋酸纤维膜的性能与醋酸纤维素的酯化度密切相关。经过试验证明随乙酰基含量降低，膜的透水性能增加而脱盐率降低因此利用具有良好血液相容性和生物相容性的CA可以制得具有泡沫结构的中空纤维膜，用于气体分离，血液过滤等。由于CA 膜的化学、热稳定性、压密性较差，而且易降解，因此，近年来开展了不同用途的改性CA 膜的研制工作 。经查阅资料得知当今前沿研究采用CA 为膜材料，分别以丙酮(AC) 和四氢呋喃( THF) 为剂，制备了不同CA 浓度的均质膜，通过对膜溶胀度、拉伸强度、酸碱使用范围、分离性能的测试，探讨了膜的物理性质和分离特性。（1）CA膜溶胀度的测定分析为了考察CA 膜与待分离体系组分乙醇2水的相互作用强弱,分别对聚合物浓度18 %的AC2CA 膜、聚合物浓度15 %的THF2CA 膜做溶胀实验,并计算各自的溶胀度。膜在无水乙醇中的溶胀度(DS)都大于其在水中的溶胀度,这说明CA 膜可以分离乙醇2水体系,并且具有选择性。对比两图可以得出,AC2CA 膜在无水乙醇中的溶胀度大于THF2CA 膜在无水乙醇中的溶胀度,说明AC2CA 膜的分离效果较THF2CA 膜要好。（2）CA 均质膜拉伸强度测定分析用电子拉力试验机测试聚合物不同浓度下AC2CA 膜、THF2CA 膜的拉伸强度试验表明,当铸膜液中CA 含量增加,膜的拉伸强度也随之提高,但如果醋酸纤维素含量过大,会导致溶解不完全,铸膜, 刮膜困难, 所以制膜时, 应选择合适的CA含量。（3）CA 均质膜的分离性能聚合物浓度18 %的AC2CA 膜和聚合物浓度15 %的THF2CA 膜在不同聚合物浓度的分离膜中分离系数最大，分离效果好。比较而言，聚合物浓度18 %的ACCA 膜要比聚合物浓度15 %的THF2CA 的分离效果好。膜的分离系数主要由膜中聚合物材料的含量决定，聚合物含量高，起分离作用的组分多，分离系数大。但随之分子链间的间距将变小，将导致渗透通量的下降，并且溶解不完全，难以成膜。在对醋酸纤维膜改进后性能测定得出如下结论：(1) ACCA 膜比THF2CA 膜在乙醇中的溶胀度大,ACCA 膜比THF2CA 膜的分离效果好。(2) ACCA 均质膜的拉伸强度随铸膜液中醋酸纤维素含量的增加而增加。(3) ACCA 均质膜的酸碱使用范围为:p H = 68 。(4) 聚合物浓度为18 %时,AC2CA 膜的分离效果最好。用它分离30 %的乙醇水溶液时，渗透通量和分离系数可分别达到547gm- 2h - 1 和2112 ;而对于THF2CA 膜,聚合物浓度为15 %时,膜的分离效果最好。四醋酸纤维素膜的应用醋酸纤维膜与一般反渗膜不同，具有资源丰富，且无毒，价格便宜，亲水性好（水渗透流率高），截留率高，制膜工艺简单，便于工业化生产等特点，在电力、冶金、石油石化、医药、食品、市政工程、污水回用及海水淡化等领域得到较为广泛的应用，它在应用方面的作用与大部分超滤膜相似，它的应用主要体现在水处理方面，具体体现如下：（1）海水苦咸水淡化：包括海水和苦咸水淡化。水资源短缺已成为全球性的问题，它严重地制约着经济的发展、社会的进步和人民生活水平的提高。据Shiklomanov 统计显示，2000 年全球每人每年的淡水供应为7 000 m3，然而，由于人口的增加、地表及地下水资源的污染，人们正在面临水资源危机。海水和苦咸水淡化是解决水资源短缺的有效途径之一，而反渗透技术是实现海水和苦咸水淡化的有效手段。（2）纯水生产：包括饮用水生产，工业用水生产和制药用水生产。反渗透膜不但广泛应用于生活用水的净化处理，在工业用水方面，反渗透膜分离技术主要用来脱盐、脱色和除杂。作为一种新型的膜分离技术，也广泛应用于制药行业。（3）废水处理：包括印染废水处理，重金属废水处理，矿场酸性废水处理，垃圾渗滤液处理，城市污水处理。电厂循环冷却水系统消耗水量大，对循环排放水进行回收处理，产品水作为循环补充水或锅炉补给水系统的水源，既不会对环境造成污染，也可以节约能源。对于印染废水具有高COD、高色度、高盐度等特点，反渗透膜不仅可有效去除有机物、降低COD，且具有很好的脱盐效果，使得脱除COD、脱色、脱盐能在一步完成，其出水品质高，能直接回用于印染环节，同时浓水可回流至常规工序处理，实现废水零排放和清洁生产。另外，用反渗透技术处理含重金属的废水不需投加药剂，能耗低，设备紧凑，易实现自动化，且不改变溶液的物理化学性质。利用膜技术还可以有效去除垃圾渗滤液中的各种有害物质，实现真正意义上的环保。同时，醋酸纤维膜在其他领域也有相当广泛的应用。在食品工业方面，醋酸纤维膜在食品工业中主要应用于牛奶加工、果汁加工及酒的加工等；在医疗方面，醋酸纤维膜可用来分离血清蛋白，筛选单克隆免疫球蛋白，分离有害毒素，克隆体蛋白含量的测定等；在农业方面，醋酸纤维膜可用来快速检测农药，茶叶深加工等；另外，醋酸纤维膜还可用于制作过滤烟嘴，防尘防毒口罩等，在现实生活中，醋酸纤维膜的应用几乎无处不在。五醋酸纤维素膜的前景醋酸纤维膜不但应用广泛，而且具有广阔的发展前景。据预测，2030年中国人口将达到16亿，届时人均水资源量仅有1750立方米，预计用水总量为7000亿-8000亿立方米，要求供水能力比现在增长1300亿-2300亿立方米，全国实际可利用水资源量接近合理利用水量上限，因此开发新的水资源如进行海水淡化势在必行，而目前采用反渗透膜进行海水淡化是最经济而又清洁的方法，特别是醋酸纤维膜的应用。另外，近年来我国废水、污水排放量以每年18亿吨的速度增加，全国工业废水和生活污水每天的排放量近1.64亿吨，其中约80%未经处理直接排入水域。可见，我国环保水处理方面对膜应用的需求量将很大，这一领域将成为水工业增长潜力最大的领域。在医疗，农业等领域，膜分离技术具有它独特的特点，是其他方式不能替代的。我国的膜技术还处于落后阶段，但国外的尖端技术对我国的膜技术发展具有一定的推动作用。所以我们要加快膜技术的投资和研究，加快膜技