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纳米纤维素基分离材料的制备与研究

余峰  
【摘要】: 细菌纤维素(BC)是以一种以葡糖杆菌(Gluconacetobacter xylinum)为生产菌株合成的超细高纯的纤维素与自然界存在的植物纤维素相比,其具有纯度高、结晶度高、吸水性强、抗张强度好、生物适应性强等特性。细菌纤维素在结构上主要特点为纳米级纤维束互相缠结,形成无规排列的三维网络状结构。利用该结构,以细菌纤维素为基用于超滤膜的制备是一个全新的研究领域。 本文对细菌纤维素作为膜分离材料的制备及性能进行了初步研究。分别用壳聚糖对细菌纤维素进行交联改性制备了BC/壳聚糖交联复合膜,以及将细菌纤维素匀浆后与PVA共混制备了BC/PVA共混复合膜。并以牛血清蛋白作为分离对象,分别考察了BC/壳聚糖交联复合膜和BC/PVA共混复合膜对于牛血清蛋白分子的分离效果。具体工作如下: 1.用不同浓度的壳聚糖对细菌纤维素膜进行交联改性。壳聚糖分子通过氢键作用与细菌纤维素网络缠结,提高了细菌纤维素膜的机械性能。在壳聚糖含量为2%时,复合膜的拉伸强度达到73MPa。研究了壳聚糖的浓度对膜过滤性能的影响,随着壳聚糖量的增加,膜通量、孔径和孔隙率都呈下降的趋势。 2.研究了经壳聚糖改性的细菌纤维素膜对金属离子和牛血清蛋白的分离效果,考察了壳聚糖浓度、进水压力、过滤时间对膜分离性能的影响。实验结果表明,BC/壳聚糖交联复合膜对金属离子分离效果很差,而对牛血清蛋白有很好的分离效果;随着壳聚糖浓度的增加,进水压力的增大,其对牛血清蛋白的截留率增大;随着过滤时间的延长,牛血清蛋白通量下降,截留率上升。最终确定了最佳的处理工艺条件:壳聚糖浓度选在2wt%,压力0.2MPa,过滤时间20min。 3.对细菌纤维素膜进行匀浆处理后与PVA共混制备复合膜。PVA凝胶广泛存在于细菌纤维素颗粒之间形成双凝胶结构,通过氢键和羧基羟基进行结合,BC/PVA含量为5:1时,拉伸强度达到26MPa。 4.研究了PVA含量、过滤压力和过滤时间对BC/PVA共混复合膜过滤牛血清蛋白的影响。PVA含量越高,共混复合膜对于牛血清蛋白的截留率越高;过滤压力增大时,截留率提高,但随着压力升高,截留率增大趋势减缓;过滤时间增加,共混膜过滤性能下降。实验所得当BC/PVA(5:3)时,共混复合膜具有较好的过滤性能。 5.用NaOH溶液对BC/壳聚糖交联复合膜和BC/PVA共混复合膜进行了膜清洗与再生的效果的研究。由于结合方式的不同,BC/壳聚糖交联复合膜在经过较短时间清洗(<30min)时通量恢复较快,而BC/PVA共混复合膜在较长时间的清洗后,有较好的表现。两者在经过120min的清洗后,可分别恢复84%和89%的通量。


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