CN100411720C - 一种用于聚电解质复合物渗透汽化膜的组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于聚电解质复合物膜的组装方法。现有的层层静电吸附法制备的膜需要复合50～60层才能获得较高的分离因子，程序复杂，周期长。本发明步骤：将聚阳离子和聚阴离子分别溶解在溶剂中，配成制膜液，静置脱泡；0.01～1.0MPa将聚阴离子或聚阳离子溶液在基膜表面动态过滤10～60分钟，使聚阴离子或聚阳离子在膜表面或孔内被截留，形成薄膜层；将膜浸泡在去离子水中，漂洗膜面并烘干；0.01～1.0MPa将聚阳离子或聚阴离子溶液在基膜表面动态过滤10～60分钟，反应形成聚电解质复合物膜；将膜浸泡在去离子水中，漂洗膜面并烘干；重复上述步骤1-10次，最终形成聚电解质复合物多层膜。本发明缩短制膜时间，简化程序，克服膜的分离层易剥离的缺陷。

Description

一种用于聚电解质复合物渗透汽化膜的组装方法
技术领域
本发明涉及一种用于聚电解质复合物膜的组装方法，具体地说涉及一种用于聚电解质复合物渗透汽化膜的组装方法。
背景技术
聚电解质，又称聚离子，是指在主链或侧链中带有许多可电离的离子性基团的高分子。聚电解质可分为聚阳离子、聚阴离子以及具有正负两种电荷的离解性基团的高分子，即两性高分子电解质。聚电解质和聚电解质复合物是一类理想的制备渗透汽化膜的材料。聚电解质复合物膜也不仅包括由两种电荷相反的高分子聚离子形成，也可以由一种聚离子与带相反电荷的离子型表面活性剂、聚磷酸盐、聚硅酸盐等形成。聚电解质多层膜可以作为功能高分子或生物高分子材料用在生物传感器、分离膜、表面修饰、医学等领域。聚电解质复合物膜有的制备方法，大致可以分为以下四类：界面反应法、溶剂溶解法、原位复合物法和层-层吸附法。
自从1991年Decher等人首次提出利用由带相反电荷聚电解质之间的静电作用在液-固界面交替沉积形成多层膜的技术以来，这种层层静电吸附(Layer-by-Layer adsorption，简称为LBL)自组装被认为是一种构筑复合有机超薄膜结构的有效方法，展现出广泛的应用前景。该法制备条件温和、方便快捷、纳米级可控。层层静电吸附法制备的聚电解质渗透汽化膜一般都表现出较好的膜性能，但常常需要复合50～60层才能获得较高的分离因子，制膜程序复杂，周期长。因此，亟待开发更为高效简捷的成膜技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于聚电解质复合物渗透汽化膜的组装方法，可简化层层静电吸附的制膜程序，缩短制膜周期，节省制膜材料。
本发明提供了一种用于聚电解质复合物渗透汽化膜的组装方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚阳离子和聚阴离子分别溶解在溶剂中，配成制膜液，静置脱泡；
(2)在0.01～1.0MPa压力作用下，将聚阴离子或聚阳离子溶液在基膜表面动态过滤10～60分钟，使聚阴离子或聚阳离子在膜表面或孔内被截留，形成薄膜层；
(3)将膜浸泡在去离子水中，漂洗膜面并烘干；
(4)在0.01～1.0MPa压力作用下，将聚阳离子或聚阴离子溶液在基膜表面动态过滤10～60分钟，使聚阴离子和聚阳离子发生反应，形成聚电解质复合物膜；
(5)将膜浸泡在去离子水中，漂洗膜面并烘干；
(6)重复(2)～(5)步骤1-10次，最终形成聚电解质复合物多层膜。
在本发明中，所述的溶剂可以是水、甲醇、乙醇、丙醇或丁醇
在本发明的方法中，所述的基膜，是指溶液在压力驱动下，透过一种半透膜的分离现象，可以是纳滤膜、超滤膜或微滤膜，所用的材料可以是有机膜、无机膜、或无机/有机复合膜，膜组件形式可以是为管式膜、中空纤维膜、平板膜或卷式膜。所述的基膜的膜孔径为1纳米到100微米之间。
本发明属于层层静电吸附法，即首先将基膜进行荷电处理，浸入聚阳(阴)离子大分子溶液中，然后在纯水中洗涤，再浸入聚阴(阳)离子的溶液中，反复多次后形成超薄的分离层。
本发明技术方案的原理是：在一定压力作用下将聚阴离子溶液和聚阳离子制膜料液交替地在基膜表面动态过滤，聚电解质和聚电解质复合物(聚阴离子和聚阳离子的反应产物)被基膜表面截留，形成具有分离作用的“凝胶层”。由于此法是在动态过滤过程中形成复合膜，所以膜的均匀性较单纯的层层吸附方式要好，更有利于形成均匀的致密膜。而且由于此法在压力动态作用下制备分离层，形成的分离层更致密，在复合数层后即可获得具有高分离因子的渗透汽化膜，从而大大缩短制膜时间，简化制膜程序。同时，由于复合分离层之间是依靠静电作用结合，因而可克服单纯采用动态法制膜时，所得膜的分离层易剥离的缺陷。
具体实施方式
下面给出具体实施例对本发明作详细的说明。
具体实施例一
采用基膜为聚醚砜(PES)材料，平板式超滤膜，截留分子量20000，膜面积为79cm2，所用聚阳离子材料为线型聚乙烯亚胺(PEI，分子量为6万)，聚阴离子为聚丙烯酸(PAA，分子量为400万)，聚乙烯亚胺和聚丙烯酸的溶剂均为水。
组装条件及方法：
(1)用去离子水将聚丙烯酸配成0.05wt％的溶液，用去离子水将聚乙烯亚胺配成0.5wt％的溶液，静置脱泡
(2)在0.1MPa压力下，在聚醚砜超滤膜上过滤0.05wt％PAA溶液10min，使膜表面形成凝胶层；
(3)将膜浸泡在去离子水中，漂洗膜面并烘干；
(4)在0.1MPa压力下，过滤PEI溶液20min，使之与聚丙烯酸层复合；
(5)将膜浸泡在去离子水中，漂洗膜面并烘干。
(6)重复步骤(2)-(5)4次，即可形成复合层数为4层的聚电解质复合膜。
将上述组装聚电解质多层复合膜在渗透汽化膜池中进行渗透汽化性能测试，测试条件为：原液组成95wt％乙醇/水体系，实验温度40℃，膜下游压力100pa。
测得渗透汽化膜性能为：渗透通量140g.m-2.h-1，透过液中乙醇含量1.55wt％，离因子1207。
具体实施例二
采用基膜为聚丙烯腈(PAN)材料，平板式超滤膜，截留分子量20000，膜面积为79cm2，所用聚阳离子材料为线型聚乙烯亚胺(PEI，分子量为6万)，聚阴离子为聚丙烯酸(PAA，分子量为400万)，聚乙烯亚胺和聚丙烯酸的溶剂均为水。
组装条件及方法：
(1)用去离子水将聚丙烯酸配成0.05wt％的溶液，用去离子水将聚乙烯亚胺配成0.5wt％的溶液，静置脱泡
(2)在0.1MPa压力下，在聚丙烯腈超滤膜上过滤0.5wt％PEI溶液30min，使膜表面形成凝胶层；
(3)将膜浸泡在去离子水中，漂洗膜面并烘干；
(4)在0.1MPa压力下，过滤0.05wt％PAA溶液15min，使之与PEI层复合；
(5)将膜浸泡在去离子水中，漂洗膜面并烘干。
(6)重复步骤(2)-(5)2次，重复步骤(2)-(3)1次，即可形成复合层数为2.5层的聚电解质复合膜。
将上述组装聚电解质多层复合膜在渗透汽化膜池中进行渗透汽化性能测试，测试条件为：原液组成95wt％乙醇/水体系，实验温度40℃，膜下游压力100pa。
测得渗透汽化膜性能为：渗透通量92g.m-2.h-1，透过液中乙醇含量6.19wt％，分离因子288。
具体实施例三
采用基膜为聚丙烯腈(PAN)材料，平板式超滤膜，截留分子量20000，膜面积为79cm2，所用聚阳离子材料为线型聚乙烯亚胺(PEI，分子量为6万)，聚阴离子为聚丙烯酸(PAA，分子量为400万)，聚乙烯亚胺的溶剂为无水乙醇，聚丙烯酸的溶剂为水。
组装条件及方法：
(1)用去离子水将聚丙烯酸配成0.05wt％的溶液，用无水乙醇将聚乙烯亚胺配成0.5wt％的溶液，静置脱泡
(2)在0.15MPa压力下，在聚丙烯腈超滤膜上过滤0.5wt％PEI溶液40min，使膜表面形成凝胶层；
(3)将膜浸泡在去离子水中，漂洗膜面并烘干；
(4)在0.15MPa压力下，过滤0.05wt％PAA溶液15min，使之与PEI层复合；
(5)将膜浸泡在去离子水中，漂洗膜面并烘干。
(6)重复步骤(2)-(5)2次，重复步骤(2)-(3)1次，即可形成复合层数为2.5层的聚电解质复合膜。
将上述组装聚电解质多层复合膜在渗透汽化膜池中进行渗透汽化性能测试，测试条件为：原液组成95wt％乙醇/水体系，实验温度40℃，膜下游压力100pa。
测得渗透汽化膜性能为：渗透通量226g.m-2.h-1，透过液中乙醇含量4.49wt％，分离因子404。

Claims (6)

1. 一种用于聚电解质复合物渗透汽化膜的组装方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚阳离子和聚阴离子分别溶解在溶剂中，配成制膜液，静置脱泡；
(2)在0.01～1.0MPa压力作用下，将聚阴离子或聚阳离子溶液在基膜表面动态过滤10～60分钟，使聚阴离子或聚阳离子在膜表面或孔内被截留，形成薄膜层；
(3)将膜浸泡在去离子水中，漂洗膜面并烘干；
(4)在0.01～1.0MPa压力作用下，将聚阳离子或聚阴离子溶液在基膜表面动态过滤10～60分钟，使聚阴离子和聚阳离子发生反应，形成聚电解质复合物膜；
(5)将膜浸泡在去离子水中，漂洗膜面并烘干；
(6)重复(2)～(5)步骤1-10次，最终形成聚电解质复合物多层膜。
2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。
3. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基膜为纳滤膜、超滤膜或微滤膜。
4. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基膜的膜材料为无机膜、有机膜或无机/有机复合膜。
5. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基膜的组件形式为管式膜、中空纤维膜、平板膜或卷式膜。
6. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基膜的膜孔径为1纳米到100微米之间。
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