專利名稱：一種細菌纖維素滲透汽化膜及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滲透汽化用膜，特別是一種細菌纖維素滲透汽化膜；本發(fā)明還涉及上述細菌纖維素膜的分離有機物水溶液的用途。
背景技術(shù)：
滲透汽化是指被分離物透過膜時，在膜兩側(cè)組分的蒸汽分壓差的作用下，液體混
合物部分地蒸發(fā)，從而達到分離目的的一種膜分離方法。由于滲透汽化技術(shù)具有單級選擇
性好、操作簡單、能耗低、無污染等特點，特別適宜于有機物水溶液恒沸及近沸體系的分離，
使其在近二三十年來引起人們的普遍重視。滲透汽化技術(shù)的核心是所采用的滲透汽化膜，
因此滲透汽化膜性能的優(yōu)良與否將直接影響到對原料液的分離效果。目前，滲透汽化膜材
料可以分為無機膜和有機膜兩大類，近年來由于有機膜在可調(diào)控方面的優(yōu)勢，使得有機膜
研究成為主流，而當(dāng)前合成的有機膜一般因其化學(xué)穩(wěn)定性、力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性較差而限
制了有機膜的應(yīng)用。由于細菌纖維素膜在濕態(tài)下的高楊氏模量、熱穩(wěn)定性等方面有著其它
傳統(tǒng)材料無法比擬的優(yōu)勢使得細菌纖維素膜在分離技術(shù)方面有很大應(yīng)用潛力。 細菌纖維素膜中含有大量分子內(nèi)及分子間氫鍵，對水有很強的結(jié)合能力，屬于水
優(yōu)先透過膜。在水優(yōu)先透過滲透汽化膜中，具有代表性的已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的膜材料
是聚乙烯醇(簡稱PVA)。德國GFT公司在1983年已經(jīng)實現(xiàn)了交聯(lián)PVA復(fù)合膜分離乙醇水
體系的工業(yè)化應(yīng)用(GermanPat :DE3220570A1， 1983-12-01)，但由于其結(jié)構(gòu)上過分致密的
缺點而限制了它在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，且傳統(tǒng)的制膜方法工藝復(fù)雜，膜的均勻性較難控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新的、化學(xué)性能、機械及熱穩(wěn)定性能優(yōu)良的、環(huán)保無污染且可生物降解的細菌纖維素滲透汽化膜。
本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是提供了上述細菌纖維素滲透汽化膜的用途。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明是一種細菌纖維素滲透汽化膜，其特點是，其制備方法如下取活化木醋桿菌Acetobacter xyli皿m菌種接入種子培養(yǎng)液中，25t: 32t:恒溫搖床振蕩培養(yǎng)8h 24h后，將種子液接入發(fā)酵培養(yǎng)液中，搖勻，將發(fā)酵液移至容器中，25°C 32t:恒溫培養(yǎng)7 15天，在發(fā)酵液表面形成表膜，將膜取出后以質(zhì)量濃度為1% 15%的堿液處理，用去離子水沖洗膜中剩余堿液至中性，干燥后制成膜。 在本發(fā)明技術(shù)方案中所述的種子培養(yǎng)液是以葡萄糖為碳源、以玉米漿等為氮源、以磷酸二氫鉀、硫酸鎂等為無機鹽和微量元素的培養(yǎng)液，優(yōu)選葡萄糖2%，玉米漿0.6%，硫酸銨0. 6%，磷酸二氫鉀0. 1%，硫酸鎂0. 04% ;所述的發(fā)酵培養(yǎng)液是以葡萄糖和蔗糖為
碳源、以玉米漿等為氮源、以磷酸二氫鉀、硫酸鎂等為無機鹽和微量元素的培養(yǎng)液，優(yōu)選葡
萄糖1. 8 % ，蔗糖2. 1 % ，玉米漿2 % ，硫酸銨0.4%，磷酸二氫鉀0.2%，硫酸鎂0. 04 % ，羧甲基纖維素鈉0. 04% ;所述的處理用堿液可以為一般實驗用堿液，包括NaOH、 K0H等，用于去
3除細菌纖維素膜中的雜蛋白、殘留菌體，優(yōu)選NaOH溶液；所述的膜的干燥處理方法及條件
可以為適用的常規(guī)干燥方式及條件。 在本發(fā)明技術(shù)方案中所述的恒溫搖床振蕩轉(zhuǎn)速優(yōu)選為90r min—1 150r min—1 ;
接種時優(yōu)選將種子液以5% 15%的接種量接入發(fā)酵培養(yǎng)液中；
所用堿液質(zhì)量濃度優(yōu)選為1 % 8 % ;
所述膜的厚度優(yōu)選為20 ii m 100 ii m。 本發(fā)明所述的細菌纖維素滲透汽化膜可以用于分離有機物水溶液，所分離的有機物水溶液的質(zhì)量濃度為10% 98% ;所分離的有機物可以為常規(guī)的水溶性有機物，優(yōu)選為甲醇、乙醇、異丙醇、乙二醇、甘油、丙酮或甲醛；分離操作的溫度優(yōu)選為8°C 70°C ;分離操作時，滲透汽化裝置的透過側(cè)壓力優(yōu)選為10Pa 200Pa。 本發(fā)明用經(jīng)種子培養(yǎng)液和發(fā)酵培養(yǎng)液兩級發(fā)酵培養(yǎng)產(chǎn)生一種新的微生物纖維素——細菌纖維素，在靜態(tài)條件下細菌纖維素自然成膜狀，利用滲透汽化分離裝置(可以選用現(xiàn)有技術(shù)中公開的任何一種滲透汽化分離裝置)，使有機物水溶液中的水優(yōu)先透過膜，從而有機溶劑和水得到分離。由于膜是在發(fā)酵液表面形成，因此能夠解決一般的制膜方法中厚度均勻性較難控制的問題；由于細菌纖維素膜中大量氫鍵的存在，使得其對水具有很強的吸附能力，在滲透汽化過程中直接表現(xiàn)為具有良好的優(yōu)先透水性能；細菌纖維素膜中的納米級超細網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)使其楊氏模量較高，且化學(xué)性能、機械及熱穩(wěn)定性優(yōu)良，解決了一般有機膜的化學(xué)穩(wěn)定性、力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性差的問題。 本發(fā)明中，在生物調(diào)控方面，可以通過改變種子及發(fā)酵培養(yǎng)液的成分及含量以達到調(diào)控木醋桿菌生物代謝途徑的目的，進而改良細菌纖維素膜的各種滲透汽化性能；在滲透汽化膜的制備方面，可以通過交聯(lián)等方法對膜進行復(fù)合改性，從而提高膜的滲透汽化分離因子。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明細菌纖維素滲透汽化膜具有以下優(yōu)點一、其制備方法簡單，工藝易于掌握，且成膜的厚度及均勻性可以方便地控制；二、其機械性能、化學(xué)及熱穩(wěn)定性均優(yōu)于普通的有機膜，且制備成本相對低廉，成膜能力較強；三、其親水性強屬于水優(yōu)先透過滲透汽化膜，對有機物水溶液中的水在較低溫度下具有高的分離選擇性；四、其使用壽命較長，長期使用后，其分離性能仍可保持穩(wěn)定；五、應(yīng)用該膜進行滲透汽化分離操作條件易于控制，且可在常溫下進行操作，進料側(cè)壓力為常壓；六、無污染。無論是從膜材料的制備還是滲透汽化的整個過程來看，不產(chǎn)生污染源，均為無污染過程，而蒸餾、萃取等均會造成二次污染，且膜材料本身可生物降解，是一種環(huán)境友好型材料。
具體實施例方式
下面進一步描述本發(fā)明的具體技術(shù)方案，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員進一步的理解本發(fā)明，而不構(gòu)成對其權(quán)利的限制。 實施例1。 一種細菌纖維素滲透汽化膜，其制備方法如下取活化木醋桿菌Acetobacter xyli皿m菌種接入種子培養(yǎng)液中，25。C恒溫搖床振蕩培養(yǎng)8h后，將種子液接入發(fā)酵培養(yǎng)液中，搖勻，將發(fā)酵液移至容器中，25t:恒溫培養(yǎng)7天，在發(fā)酵液表面形成表膜，將膜取出后以質(zhì)量濃度為1%的堿液處理，用去離子水沖洗膜中剩余堿液至中性，干燥后制成膜。 實施例2。 一種細菌纖維素滲透汽化膜，其制備方法如下取活化木醋桿菌 Acetobacter xyli皿m菌種接入種子培養(yǎng)液中，32。C恒溫搖床振蕩培養(yǎng)24h后，將種子液 接入發(fā)酵培養(yǎng)液中，搖勻，將發(fā)酵液移至容器中，32 t:恒溫培養(yǎng)15天，在發(fā)酵液表面形成表 膜，將膜取出后以質(zhì)量濃度為15%的堿液處理，用去離子水沖洗膜中剩余堿液至中性，干燥 后制成膜。 實施例3。 一種細菌纖維素滲透汽化膜，其制備方法如下取活化木醋桿菌 Acetobacter xyli皿m菌種接入種子培養(yǎng)液中，28。C恒溫搖床振蕩培養(yǎng)10h后，將種子液接 入發(fā)酵培養(yǎng)液中，搖勻，將發(fā)酵液移至容器中，28t:恒溫培養(yǎng)9天，在發(fā)酵液表面形成表膜， 將膜取出后以質(zhì)量濃度為3%的堿液處理，用去離子水沖洗膜中剩余堿液至中性，干燥后制 成膜。 實施例4。 一種細菌纖維素滲透汽化膜，其制備方法如下取活化木醋桿菌 Acetobacter xyli皿m菌種接入種子培養(yǎng)液中，3(TC恒溫搖床振蕩培養(yǎng)12h后，將種子液 接入發(fā)酵培養(yǎng)液中，搖勻，將發(fā)酵液移至容器中，3(TC恒溫培養(yǎng)12天，在發(fā)酵液表面形成表 膜，將膜取出后以質(zhì)量濃度為5%的堿液處理，用去離子水沖洗膜中剩余堿液至中性，干燥 后制成膜。 實施例5。 一種細菌纖維素滲透汽化膜，其制備方法如下取活化木醋桿菌 Acetobacter xyli皿m菌種接入種子培養(yǎng)液中，3rC恒溫搖床振蕩培養(yǎng)15h后，將種子液
接入發(fā)酵培養(yǎng)液中，搖勻，將發(fā)酵液移至容器中，3rc恒溫培養(yǎng)IO天，在發(fā)酵液表面形成表
膜，將膜取出后以質(zhì)量濃度為10%的堿液處理，用去離子水沖洗膜中剩余堿液至中性，干燥 后制成膜。 實施例6。 一種細菌纖維素滲透汽化膜，其制備方法如下取活化木醋桿菌 Acetobacter xyli皿m菌種接入種子培養(yǎng)液中，26。C恒溫搖床振蕩培養(yǎng)18h后，將種子液 接入發(fā)酵培養(yǎng)液中，搖勻，將發(fā)酵液移至容器中，26t:恒溫培養(yǎng)14天，在發(fā)酵液表面形成表 膜，將膜取出后以質(zhì)量濃度為12%的堿液處理，用去離子水沖洗膜中剩余堿液至中性，干燥 后制成膜。 實施例7。 一種細菌纖維素滲透汽化膜，其制備方法如下取活化木醋桿菌 Acetobacter xyli皿m菌種接入種子培養(yǎng)液中，29。C恒溫搖床振蕩培養(yǎng)20h后，將種子液 接入發(fā)酵培養(yǎng)液中，搖勻，將發(fā)酵液移至容器中，29 t:恒溫培養(yǎng)11天，在發(fā)酵液表面形成表 膜，將膜取出后以質(zhì)量濃度為8%的堿液處理，用去離子水沖洗膜中剩余堿液至中性，干燥 后制成膜。 實施例8。 一種細菌纖維素滲透汽化膜，其制備方法如下取活化木醋桿菌 Acetobacter xyli皿m菌種接入種子培養(yǎng)液中，27。C恒溫搖床振蕩培養(yǎng)22h后，將種子液接 入發(fā)酵培養(yǎng)液中，搖勻，將發(fā)酵液移至容器中，27 t:恒溫培養(yǎng)8天，在發(fā)酵液表面形成表膜， 將膜取出后以質(zhì)量濃度為4%的堿液處理，用去離子水沖洗膜中剩余堿液至中性，干燥后制 成膜。 實施例9。在實施例1-8中任何一項所述的細菌纖維素滲透汽化膜中，恒溫搖床振 蕩轉(zhuǎn)速為90r min—、 實施例10。在實施例1-8中任何一項所述的細菌纖維素滲透汽化膜中，恒溫搖床-項所述的細菌纖維素滲透汽化膜中，恒溫搖床
-項所述的細菌纖維素滲透汽化膜中，接種時將
-項所述的細菌纖維素滲透汽化膜中，接種時將
-項所述的細菌纖維素滲透汽化膜中，接種時將
-項所述的細菌纖維素滲透汽化膜中，所述膜的
在實施例1-14中任何一項所述的細菌纖維素滲透汽化膜中，所述膜的
在實施例1-14中任何一項所述的細菌纖維素滲透汽化膜中，所述膜的
在實施例1-14中任何一項所述的細菌纖維素滲透汽化膜中，所述膜的
振蕩轉(zhuǎn)速為150r min—、
實施例11。在實施例1-8中任何-振蕩轉(zhuǎn)速為120r min—、
實施例12。在實施例1-11中任何-種子液以5%的接種量接入發(fā)酵培養(yǎng)液中。
實施例13。在實施例1-11中任何-種子液以15%的接種量接入發(fā)酵培養(yǎng)液中
實施例14。在實施例1-11中任何-種子液以10%的接種量接入發(fā)酵培養(yǎng)液中
實施例15。在實施例1-14中任何-厚度為20iim。
實施例16c 厚度為100iim。
實施例17c 厚度為40iim。
實施例18c 厚度為60iim。 實施例19。 一種如實施例1-18中任何一項所述的細菌纖維素滲透汽化膜用于分 離有機物水溶液的用途，所分離的有機物水溶液的質(zhì)量濃度為10%。 實施例20。 一種如實施例1-18中任何一項所述的細菌纖維素滲透汽化膜用于分 離有機物水溶液的用途，所分離的有機物水溶液的質(zhì)量濃度為98%。 實施例21。 一種如實施例1-18中任何一項所述的細菌纖維素滲透汽化膜用于分 離有機物水溶液的用途，所分離的有機物水溶液的質(zhì)量濃度為20%。 實施例22。 一種如實施例1-18中任何一項所述的細菌纖維素滲透汽化膜用于分 離有機物水溶液的用途，所分離的有機物水溶液的質(zhì)量濃度為50%。 實施例23。 一種如實施例1-18中任何一項所述的細菌纖維素滲透汽化膜用于分 離有機物水溶液的用途，所分離的有機物水溶液的質(zhì)量濃度為70%。 實施例24。 一種如實施例1-18中任何一項所述的細菌纖維素滲透汽化膜用于分 離有機物水溶液的用途，所分離的有機物水溶液的質(zhì)量濃度為90%。 實施例25。 一種如實施例1-18中任何一項所述的細菌纖維素滲透汽化膜用于分 離有機物水溶液的用途，所分離的有機物水溶液的質(zhì)量濃度為35%。 實施例26。在實施例19-25任何一項中，所分離的的有機物水溶液為甲醇或乙醇 或異丙醇或乙二醇或甘油或丙酮或甲醛水溶液。 實施例27。在實施例19-26任何一項中，分離操作的溫度為8°C 20°C 。
在實施例19-26任何一項中，分離操作的溫度為20°C 40°C。 在實施例19-26任何一項中，分離操作的溫度為40°C 55°C。 在實施例19-26任何一項中，分離操作的溫度為55°C 70°C。


為lOPa
實施例28 c 實施例29 c 實施例30c 實施例31。
在實施例19-30任何一項中，分離操作時，滲透汽化裝置的透過側(cè)壓力
實施例32。 為200Pa。 實施例33。 為100Pa。 實施例34。 為50Pa。 實施例35。 為25Pa。 實施例36。 為150Pa。 實施例37。 為80Pa。 實施例38c
在實施例19-30任何一項中，分離操作時，滲透汽化裝置的透過側(cè)壓力
在實施例19-30任何一項中，分離操作時，滲透汽化裝置的透過側(cè)壓力
在實施例19-30任何一項中，分離操作時，滲透汽化裝置的透過側(cè)壓力
在實施例19-30任何一項中，分離操作時，滲透汽化裝置的透過側(cè)壓力
在實施例19-30任何一項中，分離操作時，滲透汽化裝置的透過側(cè)壓力
在實施例19-30任何一項中，分離操作時，滲透汽化裝置的透過側(cè)壓力
將經(jīng)過發(fā)酵培養(yǎng)得到的細菌纖維素膜用大量水連續(xù)沖洗數(shù)小時后，用
質(zhì)量濃度5%的NaOH稀溶液在8(TC條件下浸泡2h，將細菌纖維素膜取出，再用大量水沖洗 至膜呈中性為止。將膜在烘箱中8(TC下干燥24h，可得到厚度為40i!m的膜。將制成的膜 裝入滲透汽化分離裝置中，料液側(cè)加入大量質(zhì)量濃度為70%的乙醇溶液，料液側(cè)溫度維持 在25°C 士rC，膜下游側(cè)壓力維持在60Pa 70Pa，冷肼管放入裝有液氮的保溫杯中冷卻。 開通閥門，開啟真空泵，透過膜的蒸汽被冷肼管冷凝收集。待通透量穩(wěn)定后，取出冷肼管，稱 取計算冷肼管中液體的質(zhì)量，并計算滲透率，分析滲透物組分含量。得到總滲透率為228g/ (m2 h)，細菌纖維素膜對水的分離系數(shù)a s為27. 4。
權(quán)利要求
一種細菌纖維素滲透汽化膜，其特征在于，其制備方法如下取活化木醋桿菌Acetobacter xylinum菌種接入種子培養(yǎng)液中，25℃～32℃恒溫搖床振蕩培養(yǎng)8h～24h后，將種子液接入發(fā)酵培養(yǎng)液中，搖勻，將發(fā)酵液移至容器中，25℃～32℃恒溫培養(yǎng)7～15天，在發(fā)酵液表面形成表膜，將膜取出后以質(zhì)量濃度為1％～15％的堿液處理，用去離子水沖洗膜中剩余堿液至中性，干燥后制成膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細菌纖維素滲透汽化膜，其特征在于處理用堿液為 NaOH溶液。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細菌纖維素滲透汽化膜，其特征在于恒溫搖床振蕩轉(zhuǎn) 速為90r min—1 150r min—1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細菌纖維素滲透汽化膜，其特征在于，接種時將種子液 以5% 15%的接種量接入發(fā)酵培養(yǎng)液中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細菌纖維素滲透汽化膜，其特征在于，所用堿液質(zhì)量濃 度為1% 8%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細菌纖維素滲透汽化膜，其特征在于，所述膜的厚度為 20iim 100iim。
7. —種如權(quán)利要求1 6中任何一項所述的細菌纖維素滲透汽化膜用于分離有機物水 溶液的用途，其特征在于，所分離的有機物水溶液的質(zhì)量濃度為10% 98%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用途，其特征在于，所述的有機物為甲醇、乙醇、異丙醇、乙二 醇、甘油、丙酮或甲醛。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用途，其特征在于，分離操作的溫度為8°C 70°C。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用途，其特征在于，分離操作時，滲透汽化裝置的透過側(cè) 壓力為10Pa 200Pa。
全文摘要
本發(fā)明是一種細菌纖維素滲透汽化膜，其特征在于，其制備方法如下取活化木醋桿菌Acetobacter xylinum菌種接入種子培養(yǎng)液中，25℃～32℃恒溫搖床振蕩培養(yǎng)8h～24h后，將種子液接入發(fā)酵培養(yǎng)液中，搖勻，將發(fā)酵液移至容器中，25℃～32℃恒溫培養(yǎng)7～15天，在發(fā)酵液表面形成表膜，將膜取出后以質(zhì)量濃度為1％～15％的堿液處理，用去離子水沖洗膜中剩余堿液至中性，干燥后制成膜。該膜制法簡單，機械性能、化學(xué)及熱穩(wěn)定性好，親水性強，對有機物水溶液中的水在較低溫度下具有高的分離選擇性；使用壽命較長，膜材料本身可生物降解，是一種環(huán)境友好型材料。
文檔編號B01D71/10GK101709314SQ200810131409
公開日2010年5月19日 申請日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者孫東平, 許春元 申請人:許春元