一种纳米纤维素与改质树脂共混超滤膜的制备方法技术领域
本发明属于纳米材料、膜技术领域，涉及到纳米纤维素与改质树脂共混超滤膜的
制备方法。
背景技术
超滤是以压力为推动力的膜分离技术之一。以大分子与小分子分离为目的，膜孔
径在20－1000A°之间。超滤技术的关键是膜，超滤膜的膜材料主要有纤维素及其衍生物、聚
碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺等。随着膜技术的发展，单一的膜材
料已不能满足高通量、优良的机械强度和化学稳定性、耐污染等综合性能的要求，限制了超
滤的进一步发展与应用。为了扩展超滤膜的品质，提高膜的性能，采用一定的方法将不同材
料特性结合起来，已成为膜材料发展的趋势。
在专利号为CN103785300A的专利中徐树来、左金龙公开了一种通过添加亲水性无
机纳米颗粒来改变醋酸纤维素超滤膜的亲水性的共混改性方法，提高了膜的通量、抗污染
性，但是在膜的制备和应用过程中易流失，影响改性效果；在专利号为CN102653597B的专利
中杜道林、孙见凡等制备了表面交联壳聚糖的醋酸纤维素膜，具有良好的亲水性和力学强
度，但其属于表面改性技术，改性剂可能从膜表面上脱落，影响膜的稳定性及持久性。在专
利号为CN105107390A的专利中杨凤林、吕金玲等公开了一种醋酸纤维素与纳米纤维素两种
组分共混制备的超滤膜，解决醋酸纤维素超滤膜通量小、抗污染性低等问题，提高了超滤膜
的亲水性、过滤性能和抗污染性，增加机械强度，但未提及膜的使用寿命和物理化学稳定性
问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米纤维素与改质树脂共混超滤膜的制备方法，解决醋
酸纤维素超滤膜通量小、抗污染性低、使用寿命短、化学物理性能不稳定等问题，并使超滤
膜的亲水性、过滤性能、抗污染性、机械强度、化学物理稳定性得到大幅改善和提高。
本发明所采用的技术方案是 ：
一种纳米纤维素与改质树脂共混超滤膜的制备方法，其特征在于：
首先用TEMPO诱导氧化的方法对木浆纤维进行预处理，得到氧化纤维素；然后向其中加
入超细二氧化硅粉体和改质树脂分散体，选用乙醇和去离子水作为分散介质，配成一定浓
度，搅拌均匀后进行研磨机械处理，得到纳米纤维素、纳米二氧化硅和改质树脂的透明凝胶
体；将该凝胶体通过流延成膜、定型、干燥固化的方式最终得到共混超滤膜。
进一步地，所述的氧化纤维素的羧基含量为0.6-1.8mmol/g。
进一步地，所述的超细二氧化硅粉体的平均粒径（D50）为3-12μm，比表面积（BET
法）为170-195 m2/g。
进一步地，所述的改质树脂为改性热塑丙烯酸树脂，固含量40-50%，透明至微乳液
体。
进一步地，所述的氧化纤维素、超细二氧化硅粉体、改质树脂在共混中的质量占比
分别为（35-80%）、（5-20%）、（20-60%）。
进一步地，所述的作为分散介质的乙醇和去离子水的体积比例为（50-80）: （20-
50），共混体的浓度为 1.5-6.0% 。
进一步地，所述的研磨机械处理可以选用的设备有：砂磨机、纳米研磨机、珠磨机、
胶体磨、超微粒磨碎机“Supermasscolloider”、精浆机、高压均质机、微射流均质化机
“Microfluidizer”。
进一步地，所述的透明凝胶体的浓度为1.5-6.5%，剪切粘度（Brookfield 粘度计，
100rpm）为200-3000mPa.s。
进一步地，所述的共混超滤膜是通过流延成膜、定型、干燥固化的方式最终得到
的；其中，凝胶体流延在PET聚酯薄膜上，定型后，在80-160℃的温度下进行热风干燥1-15分
钟，得到的共混超滤膜的孔径为0.001~0.02μm。
本发明方法制备的超滤膜由纳米纤维素、纳米二氧化硅和改质树脂三种组分构
成。其中，纳米纤维素是直径为1～100nm的一维纳米尺寸的纤丝状纤维素，具有质轻、超精
细结构、力学性能优异、透光性佳、比表面积大、表面活性高、相容性好、化学物理性能稳定
等优良特性，其来源于自然界蕴含量十分丰富的植物资源，可生物降解性和循环再生。纳米
纤维素可通过生物、机械或化学方法得到，纳米纤维素分子中有大量羟基、羧基亲水性基
团，特有的网络交织化结构使其形成的薄膜具有非常高的机械强度和纳米级孔径，将其作
为一种主要组分应用在超滤膜中，可以提高膜的亲水性、机械强度、水通量、过滤精度等性
能，并可以延长膜的使用寿命。纳米二氧化硅具有很高的绝缘性，不溶于水及普通的酸，受
高温不分解，有吸水性，可作为热塑性树脂特殊助剂，起到表面改性、补强、流变控制、阻燃、
调节孔隙等作用。改质树脂是改性热塑丙烯酸树脂，透明，耐水性好，快干，成膜性好，强度
高，化学物理性能稳定。
本发明的效果和益处是得到的超滤膜兼具纳米纤维素、纳米二氧化硅和改质树脂
的优良性能并产生良好的协同效应，与普通的醋酸纤维素超滤膜相比，纳米纤维素与改质
树脂共混超滤膜的孔隙率提高、孔径可控、亲水性好，具有水通量高、抗污染性能好、机械强
度高、使用寿命长等优点，而且使用简单，无需进行预处理，成本低廉。
具体实施方式
下面结合具体实施实例说明，但本发明不限于以下具体实施实例。
实施例1
一种纳米纤维素与改质树脂共混超滤膜的制备方法：首先用TEMPO诱导氧化的方法对
木浆纤维进行预处理，得到羧基含量为0.85mmol/g的氧化纤维素；然后以质量分数50%、5%、
45%的比例依次加入氧化纤维素、超细二氧化硅粉体和改质树脂分散体，以乙醇和去离子水
（体积比60：40）作为分散介质，配成3.0%浓度的共混体溶液，将该溶液搅拌均匀后用超微粒
磨碎机“Supermasscolloider”（型号MKA 6-2J）进行研磨机械处理，得到浓度为3.2%的纳米
纤维素、纳米二氧化硅和改质树脂的透明凝胶体；将该凝胶体通过流延成膜、定型、干燥加
热固化的方式最终得到共混超滤膜。经检测，该超滤膜的过滤精度约为0.1微米，过滤孔径
为0.01微米，孔隙率60%，拉伸强度12.1MPa。
实施例2
一种纳米纤维素与改质树脂共混超滤膜的制备方法：首先用TEMPO诱导氧化的方法对
木浆纤维进行预处理，得到羧基含量为1.15mmol/g的氧化纤维素；然后以质量分数60%、5%、
35%的比例依次加入氧化纤维素、超细二氧化硅粉体和改质树脂分散体，以乙醇和去离子水
（体积比60：40）作为分散介质，配成2.0%浓度的共混体溶液，将该溶液搅拌均匀后用超微粒
磨碎机“Supermasscolloider”（型号MKA 6-2J）进行研磨机械处理，得到浓度为2.2%的纳米
纤维素、纳米二氧化硅和改质树脂的透明凝胶体；将该凝胶体通过流延成膜、定型、干燥加
热固化的方式最终得到共混超滤膜。经检测，该超滤膜的过滤精度约为0.1微米，过滤孔径
为0.01微米，孔隙率45%，拉伸强度20.7MPa。
实施例3
一种纳米纤维素与改质树脂共混超滤膜的制备方法：首先用TEMPO诱导氧化的方法对
木浆纤维进行预处理，得到羧基含量为1.25mmol/g的氧化纤维素；然后以质量分数70%、5%、
25%的比例依次加入氧化纤维素、超细二氧化硅粉体和改质树脂分散体，以乙醇和去离子水
（体积比75：25）作为分散介质，配成2.0%浓度的共混体溶液，将该溶液搅拌均匀后用超微粒
磨碎机“Supermasscolloider”（型号MKA 6-2J）进行研磨机械处理，得到浓度为2.2%的纳米
纤维素、纳米二氧化硅和改质树脂的透明凝胶体；将该凝胶体通过流延成膜、定型、干燥加
热固化的方式最终得到共混超滤膜。经检测，该超滤膜的过滤精度约为0.5微米，过滤孔径
为0.006微米，孔隙率50%，拉伸强度18.5MPa。