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净水处理剂-壳聚糖复合生物膜

来源:日期:2019/02/22 15:38 浏览:

净水处理剂-壳聚糖复合生物膜(图1)


甲壳素和壳聚糖是一种取之不尽、用之不竭的再生生物高分子,由于独特的物理化学性质和功能。在市场中的潜力巨大。将甲壳素、壳聚糖经过交联与接枝、烷基化、酰化、醚化等反应可以赋予其功能选择性,所以在人工透析膜、超滤膜、气体分离膜、透气膜等方面均有应用。目前,生物催化技术、微波化学技术、超声化学技术、膜分离技术等引起人们的极大关注,并且有的已投入工业应用,展示了广阔的发展前景。

理化性能

壳聚糖作为分离膜,对水优先通过,有较高的渗透通量,但分离因子较低,须对其进行改性。

壳聚糖膜具有:①比表面积大,单位重量相应的固定化酶量大;②在拄内用作填料时,液体的流通性好;③不易受到微生物的分解等优点。采用交联剂可进一步改善壳聚糖膜材料的性能,如耐碱性、较强的机械强度和柔韧性。被固定在壳聚糖膜上的酶有乳糖酶、脲酶等。其中固定化脲酶的比活性高达94%,比其他方法(20%~45%)要高出许多。由于壳聚糖具有很强的螯合性质,故能够被制成螯合膜以防止溶液中金属离子的干扰。

工艺技术

2.1操作过程

例1:甲壳素壳聚糖可制备的各种膜结构,如将溶于适当溶剂的甲壳素壳聚糖通过中空纤维喷丝嘴注入凝结剂中,可纺织成纤维,中和洗涤后,得到中空纤维人工透析膜;把乙酰化甲壳素溶于适当溶剂配成1%~4%溶液,然后在玻璃上展开,溶剂挥发后可得到平板透析膜;壳聚糖与明胶按一定比例混合,溶于质量分数为1.5%的乙酸中,过滤后倾注于不绣钢板上,自然晾干。

例2:固相功能膜,这种薄膜是先将甲壳素溶于一定浓度的乙酸溶液中制成2%的脱乙酰甲壳素的乙酸溶液,用玻璃纤维支持膜,再摊放在聚乙烯膜上,使每1平方米面积的脱乙酰膜(0.34m2)于65°C下成膜,经干燥,用稀碱中和、水洗、干燥,膜厚0.09mm,将膜置于水中,用戊二醛进行交联,水洗,脱除戊二醛后,使膜具有耐酸性,将膜与脲酶溶液在室温下揽拌处理1h,静置过夜,洗去多余的酶得固相膜。

例3:壳聚糖-纤维素薄膜,将壳聚糖4g溶于263g的0.5%乙酸溶液内,再加入20g纤维素,15g甘油。在聚酯薄膜表面浇铸混合液,于80°C下干燥后,再在120°C下加热10min,制成具有光滑表面的自生薄膜,在20°C下其相对湿度为60%时,抗拉强度为11.4MPa。漫于20°C的水中,强度为5.6MPa。

将脱乙酰度84%的混合5%的壳聚糖与1.7%乙酸溶液,25%的纤维素和甘油水按纤维素:壳聚糖:甘油为100:30:50的混合比混合均匀后于80°C下浇铸在镀铬钢板上,制成薄膜,于20°C,60%的相对湿度下的抗拉强度为23.0MPa,在20°C水中浸泡24h后强度为8.0MPa。

例4:壳聚糖溶于稀醋酸中,于无纺布上流涎,干燥制得醋酸壳聚糖膜。将此膜加碱中和,水洗至中性,干燥得壳聚糖膜;也可将壳聚糖与戊二醛以1:1重量比混合,于80°C加热1h,于无纺布上流涎,再经中和、水洗、红外灯下烤干即得壳聚糖戊二醛交联膜。此种膜主要用干醇水分离,效果良好,并具有离子交换功能,可用于膜分离。

例5:甲壳素也可用于制膜,取0.1mm以下甲壳素粉末,溶于含卤代烃的三氯醋酸溶液中,搅拌6h,使其溶解,得透明液。将此透明液均匀浇在平板玻璃之上,静置1h。连同玻璃一同浸入到丙酮中,静置12h。捞出,再浸入到2%氧水中,静置2h,取出,用清水冲洗干净,于紫外灯下进行交联干燥,得质地坚硬的膜。

还可采用无水甲酸法制膜。取粒度小于0.1mm的甲壳素粉末。溶于无水甲酸中,均匀浇在玻璃板上。

甲丙酮浸泡2h,取出,再浸于10%氢氧化钠溶液中,静置固化4h取出。以清水冲洗至中性。在紫外灯下逆行交联反应。干燥后得超过滤膜,此膜可用于制备超纯水和医药用纯水。

2.2分离膜

除了粉末状态固定酶外,壳聚糖由于能溶于弱酸稀溶液中,因此还能以薄膜形式包埋酶。形成平面膜的主要技术是将壳聚糖平铺在玻璃板上,蒸发除去甲酸或乙酸,然后用稀碱液中和干燥的膜。

将壳聚糖溶于乙酸溶液内,再在玻璃板上流延成膜,经蒸馏水洗在一定酿下干燥可制成壳聚糖反渗狐这种反渗離具有较高的S*与选雛,特别对二价金属盐具有优良的月娜媒。壳聚糖反渗透膜具有良好的耐碱性,再用戊二醛交贿更具有耐酸性,用于水体系的分离膜具有使用上的耐久性。

渗透蒸发过程是一种通过高分子膜有选择性分离和富集有机物质冰混合液中的某一组分的膜分离过程。具有能耗少,污染小和可用于处理难于处理的沸点相近的物质,以及恒沸混合组分的分离。乙醇与水的分离具有重要的工业应用价值。是当前渗透蒸发领域中的主要开发内容。天然高分子材料——壳聚糖是一种性能优良的膜分离材料。在用高分子量的壳聚糖或与聚乙烯醇混合制膜进行加热处理,可以使膜的拉伸强度大大提高,甚至超过纤维素膜。在渗透蒸发方面,壳聚糖已被成功地运用于制备醇/水混合物的分离膜,将壳聚糖与醋酸纤维素进行共混,当两者的配比为7:3时,可制成具有最佳性能的膜。适用于乙醇与水的分离,其较传统的蒸馏法成本降低3/2。

分别用多价金属离子、磷酸交联壳聚糖膜,制出适于分离乙醇-水混合液的膜材料。非醇类有机物水溶液如酮-ZK等用壳聚糖分离膜有高效分离性能。壳聚糖交联聚砜酰胺制得复合膜并涂上一极薄水层后制得的湿膜有富氧性能。

将甲壳素衍生物的有机酸水溶液,在玻璃板上流诞成膜,并在室温下溶剂蒸发,然后再用碱性溶液处理即可得到反渗透膜。该膜具有较高的脱盐效果,特别对二价金属盐的截留效果更好。甲壳素衍生物割成的反渗透膜具有较强耐碱性能,经交链后的膜还有耐酸性,因此扩大了该膜的使用范围。由于反渗透膜可在水中长期保存,而强度不下降。该种反渗透用于工业废水的处理是有很多优点。

域有着广泛的应用。以壳聚糖和聚丙烯酸为原料制备的聚电解质复合物膜。不同的后处理方法,对壳聚糖均质膜的渗透汽化性能影响很大。壳聚糖膜中残存的乙酸能充分脱除时,膜的分离选择性最好。在壳聚糖分子链上引入羧甲基等基团,将壳聚糖与羧甲基纤维素共混。将壳聚糖膜用丙烯酸交联。壳聚糖是一种聚阳离子,能与许多聚阴离子形成聚电解质复合物。聚电解质复合物制备的渗透汽化膜对水/有机液体系有着优异的选择分离性能,并且可以保持性能的长期稳定性,是一种很好的水优先透过膜。由于壳聚糖与聚丙烯酸形成的聚电解质复合物能溶解在乙酸水溶液中,因而可制成聚电解质复合物均质膜。

膜分离为21世纪的新技术。从外壳中提取壳质制成的中空线状隔膜,被誉为新型膜材料。这种高性能分离用于分离乙醇和水,比常用的蒸馏法等后处理工艺简便,可一步完成,能耗节约1/2〜1/3。壳聚糖中空线型分离膜在35~65°C能发挥极高的工作效率,在55°C其分离效率较蒸馏法高17倍,还可作用乙醇工艺的再生处理。将溶解在稀酸中的壳聚糖在碱溶液中挤出成型,制成的中空纤维膜具有良好的机械强度。将壳聚糖膜在混合溶剂中浸渍,通过调整分离膜的强度及透过性,还可用于超滤膜。

共混改性是合成高分子材料与天然高分子来制备综合性能优良的共混材料的简便易行的方法,使壳聚糖与聚乙烯醇共混,可以提高壳聚糖膜的选择性和延展性。




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