壳聚糖富氧膜的研究.pdf

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2009年第28卷增刊
CEIEIMICAL AND ENGINEERING PROGRESS
壳聚糖富氧膜的研究
谷里鹏,金志卓
(上海工程技术大学,上海201620)
摘要:以亮聚糖为膜材,采用涂數法,制成用于空气的氯/氧气体分离膜。测得壳聚糖膜的富氩率为1.76%
采用正硅酸四乙酯交联改性,使売聚糖的链状结构变成网状結构,解决売聚糖遇水溶解问题。氧分离膜效果的
检測采用JPBJ-608便携式溶解氧测定仪。方法是将膜分离后的气体通入水中,测量水中氧气的溶解度变化
关键词:富氧膜;亮聚;气体分离;膜分离
膜法空气分离是利用空气中各组分透过膜时
滲透速率的不同,在压力差的驱动下,滲透速率
仪器设备及实验
相对较慢的气体,如氮气、一氧化碳等气体被滞1.1药品及仪器设备
留在膜的滞留侧,而渗透速率相对快的氧气透过
所用实验材料见表1,仪器设备见表2。
膜,在膜的滲透側被富集,从而制得富氧气体。
与传统的空气低温冷冻精馏分离及分子筛吸附分
表1实验材料
离技术相比,膜法富氧技术在产品纯度和产气量
材料名称
纯度
生产厂家
上都不高。但在制备含氧40%以下的空气时,膜
壳聚
化学纯国药集团化学试剂有限公司
法空气分离具有无相变,能耗低、装置简单的特
38%盐酸溶液分析纯
药集团化学试剂有限公司
点,有着巨大的发展潜力。富氧助燃,对所有燃
正硅酸四乙酯分析纯国药集团化学试剂有限公司
料(包括气体、液体和固体)和绝大多数工业炉
氢氧化钠
分析纯国药集团化学试剂有限公司
窑如锅炉、加热炉、治炼炉、玻璃窑、水泥窑等
均适用,用富氧烧煤可代替用空气烧汕,可以解
表2实验仪器
决我国煤多油少的现状,对提高能源的利用率具
仪器名称
号
生产厂家
有重要意义。
电子天平
J202N
上海天平仪器厂
売聚糖( Chitosan)是一种线性高分子聚合物
强力电动搅拌机
JB90D型
上海标本模型厂
理化性能稳定,可降解,黏合性好,成纤成膜性能优
TC-15套式恒温器
TC-15
海宁市新华医疗器械厂
良,具有良好的透气、透湿性和渗透性。同时,
SCM杯式超滤系统
中科院上海原子核研究所
由于壳聚糖分子中含有羟基和氨基,容易对其进
便拷式溶解氧定仪JPBJ-608上海精密科学仪器有限公司
行化学改性,经过改性可以制备出选择性高、物
理力学性能好的天然高分子膜。壳聚糖具有资源
实验原理及工艺
丰富、价格便宜、安全无毒等优点,研究用壳聚
膜的制备方法是将壳聚糖溶解在稀酸溶液中,
糖制备富氧膜对节能环保和开发壳聚糖的应用都得釗黏稠透明状液体,过滤,静置脱泡.在介质上流
十分有意义。气体对给定聚合物的亲合性是有差延,自然静置风干或者放入低温烘箱内烘干,在介
别的,有时甚至可以高达6个数量级。聚合物的质上形成一层薄膜,即売聚糖分离膜。在实验中发
选择性对气体的滲透性有非常大的影响。几乎所现壳聚糟浴解在希酸溶液中制成的膜,在水中容易
有的聚合物的选择性因子都在2~6之间。因此,溶解变质。因此,采用交联改性使链状结枸变成网
壳聚糖有可能成为制氧、制氮的膜材料。本文对状结构,解决壳聚糖遇水溶解问题。制作过程见以
此进行了一些探索和研究。在制膜过程中可考虑下示意图。
的因素很多,制膜材料和工艺参数不同,会制出性13売聚糖膜的制备步骤
能差异很大的膜。本研究通过对壳聚糖进行改性,
(1)称取一定量的壳聚糖,溶于2%0的盐酸溶液
用涂敷法制成氮/气体分离膜,考察其对空气中中持续搅拌约3山直到大部分的売聚糖溶解为止
的氧气的富集作用2?
然后过滤,制得5%的壳聚糖盐酸水浴液。
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化工进展
2009年第28卷
壳聚糖
2实验结果与讨论
化
溶解于盐酸溶液(23
1売聚糖膜性能测量
测量筒中水静置时溶解氧量为0.84mgL,水温
过滤
风干成膜
为28.6℃。对水中进行自然曝气,待数字稳定后测
涂膜
得的溶解氧量为628mgL。停止曝气后水中溶解氧
的变化情况见表3。用同样的方法,装入膜后测量
交联
正硅酸四乙酯
水中溶解氧的变化情况见表4。
分析测试
图1壳聚糖膜制作过程示意图
表3停止曝气后水中溶解氧数据
时间ts
Odmg. L
时间ts
(2)将盐酸水溶液缓慢地加入正硅酸乙酯水溶
6.28
18
3.48
液中,制得二氧化硅溶胶,其中水、正硅酸乙酯和盐
酸的摩尔比为4:1:0.1。
(3)将二氧化硅溶胶缓慢地滴加到5%0的壳聚
4.3
糖盐酸溶液中,将所得混合物在50℃加热2h,得到
3.22
黏稠的溶胶。
3.16
(4)脱泡将溶胶于水平放置的干净玻璃板上
3.78
3.15
流延.室温下晾干成膜。
3.63
3.16
(5)再将玻璃板放入10%的氢氧化钠溶液中
最终
3.16
脱膜,用大量蒸馏水将膜洗至中性,然后将膜四周固
定,室温晾干.得到光滑、透明、平整的壳聚糖膜
表4装入膜后水中溶解氧变化
1.4測量方法
时间
DO1mg?L~1
时间ts
DO/mg.I
测量方法采用富氧制备与富氧测量连续操作的
6.59
18
3.5
方式进行。图2是装置示意图。利用微型空气泵向
5.6
3.42
装有売聚糖膜的分离器中注入空气,空气通过膜富
3.31
集到一定量的氧气,通过膜分离器的出口注入容积
4.4
3.29
为100ml的测量筒中。测量筒中装有70ml的水
4.21
将便携式溶氧仪的测量探头插入量筒的水中,放在
4.12
富氧注入口的一侧,在水下进行富氧量的测量。
首先利用测量筒和溶氧仪测量一组在自然曝气
3.7
3.22
下水中溶解氧在稳定后到之后的50s内的变化数
16
最终
据,再测量一组装入壳聚糖膜后溶解氧的变化数据。
计算得出该膜的富氧百分比。
2.2实验数据分析与讨论
用空气进行曝气,随着曝气的结束,水中溶解
氧由一个稳定的高值随着时间的变化逐渐递减至最
低。用富氧进行曝气,随着注入膜分离器的空气结
束,水中溶解氧也由一个稳定的高值随着时间的变
空气泵
化逐渐递减至最低。通过两条曲线的对比,可以看
膜分离器
出图3中经过壳聚糖膜分离器后的曲线比空气的曲
线略高一些。说明水中溶解氧量有増加,进而说明
本工艺制成的壳聚糖有富氧作用
取无膜和有膜两个情况下同一时刻水中溶解氧
图2富氧制备与测量示意图