基于纳米纤维素的过滤复合材料研究开题报告

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1. 研究目的与意义

目的和意义：

随着科学技术的发展和生态环境的日益恶化，越来越严重的空气雾霾和水污染使得物质分离已经成为目前最重要的研究课题之一。膜分离技术是利用天然或者人工制备的、具有选择性的薄膜对双组分或多组分液体或气体进行分离、分级、提纯或富集的技术。膜过滤技术作为一项高效的分离技术，是在20世纪中世纪突然迅速发展起来的。和一些传统的分离技术相比，具有无相变、能耗低、效率高、技术简单、在常温下可持续操作、绿色无污染等众多优点。甚至在石油化工、生物工程、医疗卫生、冶金、电子、能源等领域中都有着广泛的应用。

纤维素不但是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。同时，它还是地球上最古老、最丰富的的天然高分子，是取之不尽用之不竭的，是人类最宝贵的天然的可再生资源。将其制备为纳米级材料之后，其性质会发生诸多变化，会有更广泛的应用。当今社会，雾霾带来的危害已引起全世界的关注，过滤是应用最为广泛且非常有效的空气净化的方法，所以空气过滤设备自然成为了研究热点，其核心过滤材料的研究和开发更是成为了热中之热。一般的空气过滤材料主要包括石棉纤维、聚酯与聚丙烯腈等合成纤维、玻璃纤维等，但那些对0.3μm以下的微粒并没有多少的过滤效果，对亚微米微粒以及其他较小的病原体更难实现过滤。

2. 国内外研究现状分析

类似的研究最近比较热门，膜分离技术是新型的高分离、浓缩、提纯及净化技术，在一些关键领域取得了相当大的发展，已经在各工业领域和科学研究中得到广泛的应用。而超滤技术介于微滤和纳滤之间，一般利用超滤膜做为分离介质，它借助膜两侧的压力差对截留物质尺寸进行选择。超滤膜孔径范围为10～200[6]，它能够截留分子量在500及以上的物质，操作压力差范围在0.1～0.5MPa。超滤膜分为有机超滤膜和无机超滤膜。有机膜制膜材料一般有醋酸纤维素、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚醚砜、壳聚糖等，无机膜制膜材料一般有氧化铝、氧化锆、氧化钛、二氧化硅[7]等。现有的超滤膜仍然存在许多缺点，比如有机膜寿命短、成本高、化学稳定性差、抗污染性差，无机膜种类少、强度差等。用单一材料制成的膜存在不足，将两种或多种材料共混制成复合膜的研究也有很多，如PES-SiO2有机―无机杂化膜、在聚砜膜中添加聚乙烯吡咯烷酮[8]（PVP）等，有效的解决了超滤膜存在的亲水性、抗污染、强度等缺陷。而随着对超滤膜性能要求的不断提高，新型超滤膜的开发十分必要。

3. 研究的基本内容与计划

将HBKP用NaClO2溶液漂白，加NaOH溶液洗至中性，搅碎后的纤维素在TEMPO氧化体系中氧化一定时间，再用匀浆机进行匀浆超生粉碎，用尼龙滤布抽滤再浓缩后得到水凝胶，用抽滤的方法，纤维滤纸下放置孔径更小无法通过纳米级纤维的聚乙烯醇，进行抽滤就可以得到复合型材料，再用各种方法检测材料的过滤效果然后不断试调氧化程度，匀浆超生时间，浓度来不断改进。

4. 研究创新点

本实验在自然中最广的纤维素研究一种新的非对称复合超滤膜，其制备方法将造纸工艺和复合超滤膜的生产方法有机结合起来。高价值，低成本，不破坏环境，可批量生产且对设备要求低。