Page 54 - 《精细化工》2020年第3期

第 37 卷第 3 期 精 细 化 工 Vol.37, No.3
202 0 年 3 月 FINE CHEMICALS Mar. 2020

功能材料
冷冻诱导相分离法制备 CA/CS 复合膜

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赵晓燕 ，黄 晨 ，刘 远 ，汪称意
（1. 常州大学 石油化工学院，江苏 常州 213164；2. 常州大学 材料学院，江苏 常州 213164）
摘要：以醋酸纤维素（CA）为过滤膜纤维基底层、壳聚糖（CS）为复合膜涂覆层，采用冷冻诱导相分离（CIPS）
方法制备出底层纤维互相搭接，表层海绵多孔状结构的 CA/CS 复合膜。在 CS 铸膜液质量分数为 3.5%条件下，
采用直接液氮冷冻干燥的方式对复合膜进行处理，使得 CS 表层呈现出较多微米孔洞，截面厚度为 1 μm 的层状
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叠加结构，其纯水通量可达 1.01×10 L/(m ·h)，对酸性蓝的过滤通量可达 9.26×10 L/(m ·h)，截留率为 98.6%，
其吸附过程符合拟二级动力学模型，且符合 Langmuir 单分子层吸附。实验分别考察了膜对酸性蓝、酸性黄、分
散黄和分散蓝染料的平衡吸附量。结果显示，30 min 时吸附基本趋于平衡，吸附量分别为 92.10、89.09、85.03
和 79.62 mg/g。
关键词：冷冻诱导相分离；醋酸纤维素；壳聚糖；过滤膜；功能材料
中图分类号：TB34 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2020) 03-0472-07

Preparation of CA/CS composite filtration membrane by

freeze-inducing phase separation

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ZHAO Xiaoyan , HUANG Chen , LIU Yuan , WANG Chenyi
（1. School of Petrochemical Engineering, Changzhou University, Changzhou 213164, Jiangsu, China; 2. School of
Materials Science and Engineering, Changzhou University, Changzhou 213164, Jiangsu, China）
Abstract: A cellulose acetate (CA)/chitosan (CS) composite membrane with a spongy and porous structure
was prepared by freeze-inducing phase separation (CIPS) method using CA as fiber bottom and CS as
coating layer. After treating the CA/CS membrane (mass fraction of CS 3.5%) by liquid nitrogen directly,
the CS surface layer with micron-sized pores was obtained and the cross-section exhibited a thin layer with
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1 μm. CA/CS composite membrane with a pure water flux of 1.01×10 L/(m ·h), permeate flux of acid blue
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of 9.26×10 L/(m ·h), and rejection of 98.6% could be obtained. The adsorption process of CA/CS
membrane for acid blue conformed to the pseudo-second-order kinetics and the Langmuir monolayer
adsorption model. Furthermore, the equilibrium adsorption of acid blue, acid yellow, disperse yellow and
disperse blue on the membrane was investigated. It was found that the adsorption process tended to
reaching equilibrium at 30 min. The corresponding equilibrium adsorption capacities of the membrane were
92.10, 89.09, 85.03 and 79.62 mg/g, respectively.
Key words: freeze-inducing phase separation; cellulose acetate; chitosan; filtration membrane; functional
materials

醋酸纤维素（CA）是一种将棉花纤维或木材纤 为膜分离领域中一种非常有吸引力的聚合物 [4-8] 。DU
[9]
维乙酰化的聚合物，具有成本低、性质稳定、强度 等 采用逐级真空抽滤的方法，即在纤维膜表面先
优良、成膜性好以及原料来源广泛的特点。此类聚 抽滤形成 CS 层膜，然后将 TiO 2 悬浮液经抽滤负载
合物被广泛应用于反渗透膜、中空纤维膜以及分子 于 CS 表面，从而形成表面超亲水且水下超疏油的
印迹膜等各种膜的制备与分离功能研究中 [1-3] 。壳聚 CS-TiO 2 复合膜，用于解决现有油水分离乳液去除中
糖（CS）是一种甲壳素脱乙酰作用提取的多糖，因 如何达到高效的问题。GOETZ 等 [10] 利用 CS 对 CA
其表面的多羟基和氨基官能团及 CS 的氨基在酸性 膜表面进行了交联改性，使超疏水 CA 膜变为超亲
条件下易质子化使其表面带正电荷的特性，使其成 水复合膜，有效改善了膜的耐污性能。PENG 等 [11]

收稿日期：2019-06-30; 定用日期：2019-09-03; DOI: 10.13550/j.jxhg.20190619
基金项目：江苏省重点研发计划（BE2017645）；江苏高校优势学科建设工程资助项目
作者简介：赵晓燕（1981—），女，博士，副教授，E-mail：zhaoxiaoyan@cczu.edu.cn。