纸质有机-无机杂化超滤膜的研究开题报告

1. 研究目的与意义

目的：超滤膜的制备过程复杂，膜的成本高，在一定程度上限制了大规模的应用，研究新的制膜方法，寻找新的制膜材料，简化制膜工艺是必要的，本实验研究的目的是开发一种价格低廉，生产工艺简单，性能优良的超滤膜。

意义：

超滤膜的工业应用十分广泛，已成为新型化工单元操作之一。用于分离、浓缩、纯化生物制品、医药制品以及食品工业中；还用于血液处理、废水处理和超纯水制备中的终端处理装置。在我国已成功地利用超滤膜进行了中草药的浓缩提纯。超滤膜随着技术的进步，其筛选功能必将得到改进和加强，对人类社会的贡献也将越来越大。

现阶段超滤膜的开发围绕着提高节流透过性能、延长使用寿命、降低生产成本等方面进行。有机超滤膜的开发，注重新材料的应用，各种新材料的开发，推动膜技术向纵向发展，为了使开发的膜层具有某些特性如：耐药性，耐氧化性，耐细菌性，耐污染，耐清洗等性能，必须要对膜层表面性能进行改性。这种状况导致有机超滤膜的制备工艺相当复杂，成本较高，在一定程度上限制了膜的大规模使用；无机超滤膜多采用烧结法制得，膜催化反应要求温度较高，一般在几百摄氏度，这种方法对温度的控制要求较高，温度控制不当会使膜产生大量裂纹，降低膜的截留性能，烧结法形成的膜，空隙和孔径大小均不易控制，另外这种膜由于存在不可塑，受冲击易破损，以及价格较昂贵等缺点，长期以来发展不快。然而有机-无机杂化超滤膜集有机膜和无机膜的很多优良性于一身，同时又具有一些新的性能。和同材质的聚合物超滤膜相比，有机-无机杂化超滤膜具有优良的物化稳定性、较为完善的膜孔结构、较好的膜透过、分离性能及良好的抗污染能力，成为近年来研究的热点之一。

本实验是想开发一种非对称复合杂化超滤膜，提供一种改进的制膜方法。传统的非对称超滤膜大多以聚醋酸纤维素膜为支撑膜，实验以具有多孔结构的纸为膜的支撑层，由于纸张生产成本较低，从而降低了膜的生产成本。采用造纸中的涂布工艺，将按照一定比例配制好的涂料涂抹在纸上，放入烘箱干燥，干燥后的涂层即为超滤膜中极薄的致密层，起到过滤分离的作用。利用颜料粒子本身的堆积成孔，无需加入成孔剂。此方法操作简便，设备简单，投资较少。

2. 国内外研究现状分析

最早使用的超滤膜是天然的动物的脏器薄膜，1861年，Schmidt首次公开用牛血脑膜截留可溶性阿拉伯胶，1867年，第一张人工膜是Traube在多空瓷板上凝胶铁氰化铜而制成的。1907年Bechhold比较系统的研究了超滤膜，并首次采用超滤这一术语。1960年比Loeb和Sourirajan成功研制具有较高水通量的部对称的醋酸纤维素反渗透膜，也促使超滤技术产生了突破性的进展。1963年Michaels开发了不同孔径的不对称超滤膜。基于CA膜物化性质的限制，1965年之后，不断有次年的聚合物超滤膜出现。超滤从20世纪70年代进入工业应用后迅速发展，80年代就建立了大规模的工业生产装置，目前已成为应用领域最广的膜技术。同时，为了提高超滤膜的抗污染性，热稳定性和化学稳定性相继开发了耐热，耐溶剂的高分子膜，另外无机超滤膜的开发应用也得到了迅速的发展。

国内的超滤技术起步于20世纪70年代，1977-1978年间聚砜超滤膜的研制成功为复合膜研制提供了基膜。80年代进入快速发展阶段，目前已有20多个单位和30多个厂家从事超滤膜的生产，年产值达数百万元。先后研制出醋酸纤维膜，聚砜膜，聚丙烯制膜，聚偏氟乙烯膜，聚氯乙烯膜，聚醚网膜，聚砜酰胺膜等，并迅速投入生产和使用；板式，管式，中空纤维，卷式，膜盒式等组件相继开发出来，虽然在品种上国内和国外先进国家相比差距不大，但在膜的质量及产品的系列化合标准化方面尚有较大差距，今后需要加大高精度系列滤膜的研制，无机及专用超滤膜的研制及膜的表面改性。超滤技术在我国电泳漆回收应用中首先获得成功，很快扩大到酶和蛋白等浓缩分离及工业废水处理。现在应用范围越来月广，经过30多年的发展，我国自己已有中空纤维，卷式及板式的超滤膜和装置，所使用的超滤膜材料多达十几种。

3. 研究的基本内容与计划

本实验采用气相sio2为主要颜料，pva为粘结剂，利用涂布的方式对原纸涂覆；对涂布后的纸张干燥，然后测试膜层的各项性能。

计划：

实验原料及药品：玻纤纸、彩喷原纸、气相二氧化硅、硅溶胶、戊二醇、cmc、pva、消泡剂

4. 研究创新点

（1）本实验采用特殊纸张生产工艺生产纸质超滤膜，目前国内外还未见报道，这种尝试是对传统有机膜制膜方法的一种补充，且制膜方法简单，可以利用现有造纸设备进行生产，无需额外设备投资。

（2）以纸为基膜，由于纤维纸的生产成本低，与目前作为超滤膜基膜的聚砜膜，聚醚砜膜等基质膜相比，成本降低。

（3）纸是可再生资源，再降低成本的同时，也起到了环保的作用。