CN107456877A - 一种用于有机气体净化回收的多层复合膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有机气体膜分离领域，涉及一种用于有机气体净化回收的多层复合膜的制备方法，多层复合膜的制备方法为：由成膜聚合物的有机溶剂铸膜液，采用两侧均可刮膜的刮刀在聚酯无纺布支撑层双面刮膜，制得双层聚合物多孔基底膜；由含有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、交联剂和催化剂的涂敷液，采用两侧均可刮膜的刮刀在双层聚合物多孔基底膜双面覆膜，制得涂覆了双层PDMS功能层的复合膜；对制得的复合膜进行活化处理后置于有机硅烷单体的有机溶剂中自组装获得双层有机硅超薄皮层，制得用于有机气体净化回收的多层复合膜。所制膜的有机气体分离选择性高、耐水蒸汽和耐溶胀性好，制膜方法简便以操作，适用于工业化规模生产。

Description

一种用于有机气体净化回收的多层复合膜的制备方法
技术领域
本发明涉及有机气体分离复合膜，更具体地涉及一种用于有机气体净化回收的多层复合膜的制备方法。
背景技术
气体膜分离是混合气体中的各组分在膜两侧不同分压差的作用下以不同的渗透速率透过膜，从而使气体得到分离和纯化的一种膜分离过程。气体膜分离应用研究始于20世纪50年代初，60年代，Leob等研制出了第一张醋酸纤维素非对称膜，为制备高渗透通量分离膜奠定了基础。70年代，Henis在非对称膜基础上研发了阻力复合膜将硅橡胶涂在非对称高分子基膜上，得到了渗透通量和选择性都很好的气体分离膜，实现了气体膜分离的飞跃。
随着气体膜分离技术的发展，其应用领域不断扩大，气体膜分离技术也已从较成熟的常量、永久性气体(如O2、N2和H2等)分离技术向有微量、有机可凝性气体参与的过程发展。近十年来，气体分离膜的应用已经逐步扩展到含有大量烃类的有机可凝气体分离体系，如炼厂气分离、火炬气回收、油田伴生气净化、天然气净化、加油站和油库油气回收、有机硅、有机氟尾气回收等含烃气体的有机分离体系。分离体系的扩展使得对气体分离膜提出了更高要求：所使用的膜对有机可凝气体有更好的透过性；因烃类组分具有塑化作用，对膜的耐溶胀性能要求加强；有机体系的组分多样性增加，对膜的选择性也提出更高的要求。
制备复合膜的方法有很多，主要有界面聚合、溶液浇铸、溶液浸涂或喷涂，此外还有等离子聚合、水面展开法等，目前常用的复合形式为溶液浸涂法：选择具有多孔结构的支撑膜为支撑层，将涂层聚合物溶解在溶剂中配制成涂膜液，将涂膜液涂敷在多孔支撑膜上，待涂膜液中的溶剂蒸发后，即在表层上形成涂层。制备硅橡胶复合膜广泛使用的涂层材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，由于超薄化困难，而且在涂覆的过程中由毛细管力作用引起的孔渗现象，使聚二甲基硅氧烷在多孔膜表面形成无缺陷的皮层较难；若涂层有效厚度增加，使分离功能层传质阻力增大，影响复合膜的分离选择性。
发明内容
为了克服现有技术中有机气体分离复合膜制备技术中的不足，本发明提供了一种新型高性能有机气体净化回收多层复合膜的制备方法，所制备的膜既能弥补有机气体分离PDMS膜的缺陷，又能在有机气体分离回收中表现较高的选择透过性，同时具备耐水蒸气、耐有机溶剂的性能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种两侧均可刮膜的刮刀，其特征在于，包括平行排列的刮膜刀片1和两个刀片间距调节螺杆2，所述刀片间距调节螺杆2固定连接于两个刮膜刀片1的两端。
一种用于有机气体净化回收的多层复合膜的制备方法，应用上述刮刀，具体制备过程为：
步骤1、双层聚合物基底膜制备：将聚合物膜材料和聚乙烯吡咯烷酮与有机溶剂混合，搅拌一段时间，过滤、抽真空脱泡得到铸膜液；然后将聚酯无纺布浸渍于铸膜液中一段时间；
将刮刀在刮膜机上安装、固定好，牵引浸渍过铸膜液的聚酯无纺布从两个刮膜刀片1中间抽出，然后分别在上、下刮膜刀片1与聚酯无纺布之间塞入相同尺寸的垫片，调整并固定刀片间距调节螺杆2，使聚酯无纺布两侧刮膜尺寸相同；
随后以一定的走布速度持续将浸渍过铸膜液的聚酯无纺布从两个刮膜刀片1中间拉出，接着置于室温下的去离子水中进行相分离，分相结束后用去离子水冲洗固化，经95％的乙醇浸泡一段时间后，得到双层聚合物多孔基底膜，自然晾干备用；
在上述方案的基础上，步骤1所述聚合物膜材料的质量分数为12～22％，聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为0～6％，有机溶剂的质量分数为72～88％。
在上述方案的基础上，步骤1所述聚合物膜材料为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜(PSF)中的一种或两种以任意比例混合。
在上述方案的基础上，步骤1所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)或N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中的任意一种。
在上述方案的基础上，步骤1所述搅拌具体为，在60～80℃下搅拌24～48小时。
在上述方案的基础上，步骤1所述浸渍时间为30～60分钟。
在上述方案的基础上，步骤1所述垫片的厚度为40～100μm。
在上述方案的基础上，步骤1所述走布速度为0.5～1.2m/min。
在上述方案的基础上，步骤1所述固化时间为24～48小时。
在上述方案的基础上，步骤1所述浸泡时间为30～60分钟。
步骤2、双层PDMS功能层制备：将聚二甲基硅氧烷(PDMS)、交联剂溶于有机溶剂中搅拌均匀，配成溶液，然后向溶液中加入催化剂二月桂酸二丁基锡，搅拌均匀后静置脱泡得到涂覆液，将双层聚合物多孔基底膜浸渍于涂覆液中一段时间；
将刮刀在涂覆机上安装、固定好，牵引浸渍过涂覆液的双层聚合物基底膜从两个刮膜刀片1中间抽出，然后分别在上、下刮膜刀片1与双层聚合物多孔基底膜之间塞入相同尺寸的垫片，调整并固定刀片间距调节螺杆2，使双层聚合物多孔基底膜两侧刮膜尺寸相同；
随后在涂覆液未发生凝胶前，以一定的走布速度，持续将浸渍过涂覆液的双层聚合物多孔基底膜从两个刮膜刀片1中间拉出，在涂覆机的加热段停留一段时间，在一定温度下交联、溶剂蒸发和固化成膜后收卷，制得涂覆了双层PDMS功能层的复合膜；
在上述方案的基础上，步骤2所述交联剂为正硅酸乙酯、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷中的一种。
在上述方案的基础上，步骤2所述有机溶剂为正己烷、正庚烷、正辛烷、甲苯或二甲苯中的任意一种。
在上述方案的基础上，步骤2所述交联剂：有机溶剂：聚二甲基硅氧烷的质量比为0.4～2.0：2.5～7.1：2.5～5.5。
在上述方案的基础上，步骤2所述溶液中聚二甲基硅氧烷的质量百分比为25～55％。
在上述方案的基础上，步骤2所述催化剂二月桂酸二丁基锡加入的质量分数为溶液总量的1～3％。
在上述方案的基础上，步骤2所述浸渍时间为10～30分钟。
在上述方案的基础上，步骤2所述垫片厚度为2～40μm。
在上述方案的基础上，步骤2所述走布速度为0.2～0.8m/min。
在上述方案的基础上，步骤2所述停留时间为1～8小时。
在上述方案的基础上，步骤2所述温度为40～80℃。
步骤3、多层复合膜的制备：将步骤2制备的复合膜浸渍于按体积比H2O2(30％)：H2SO4(98％)：H2O＝3：7：10(括号内的百分数为质量百分比浓度)配制的溶液中一段时间，然后依次用大量去离子水及乙醇淋洗，置于烘箱内干燥，再用紫外光照射一段时间，然后将表面活化的复合膜置于有机硅烷单体的溶液中，有机硅烷单体溶液中有机硅烷单体与溶剂的体积百分比为1～22％，反应一段时间，依次用甲苯、无水乙醇和去离子水清洗处理后，置于120℃烘箱中烘干，制得用于有机气体净化回收的多层复合膜。
在上述方案的基础上，步骤3所述浸渍时间为0～60分钟。
在上述方案的基础上，步骤3所述干燥具体为，在40℃下干燥24小时。
在上述方案的基础上，步骤3所述照射时间为0～30分钟。
在上述方案的基础上，步骤3所述有机硅烷单体为甲基苯基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、正己基三氯硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷中的一种或两种以任意比例混合。
在上述方案的基础上，步骤3所述溶剂为甲苯、正庚烷或正己烷中的任意一种。
在上述方案的基础上，步骤3所述反应具体为，在20～50℃下反应1～10小时。
本发明相对于现有技术，本发明的有益效果是：
1、本发明采用特制的刮刀，在聚酯无纺布支撑层双面刮膜、覆膜制备用于有机气体净化回收的多层复合膜，分离性能高于目前常用的单面有机气体分离膜，突破目前常用的单面涂覆制膜局限及有机气体分离性能的局限，同时在PDMS膜表面通过与有机硅烷单体缩聚，利用自组装技术制备有机硅超薄皮层，形成均匀完整、疏水性高的分离层，弥补有机气体分离PDMS膜涂敷制备过程中存在的缺陷，从而获得了选择性高、耐溶胀和耐水蒸气的高性能有机气体净化回收多层复合膜。
2、本发明所制备的有机气体净化回收多层复合膜功能层分布均匀、无缺陷，与基底膜结合牢固，使用过程分离功能保持持久，生产工艺较简单，操作方便，反应过程易于控制，工艺系统的稳定性和可靠性较高，工业化生产成本较低。
附图说明
本发明有如下附图：
图1两侧均可刮膜的刮刀示意图。
图中：1、刮膜刀片；2、刀片间距调节螺杆
具体实施方式
以下结合附图1和实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
一种两侧均可刮膜的刮刀，其特征在于，包括平行排列的刮膜刀片1和两个刀片间距调节螺杆2，所述刀片间距调节螺杆2固定连接于两个刮膜刀片1的两端。
一种用于有机气体净化回收的多层复合膜的制备方法，应用上述刮刀，具体制备过程为：
步骤1、双层聚合物基底膜制备：将聚合物膜材料和聚乙烯吡咯烷酮与有机溶剂混合，搅拌一段时间，过滤、抽真空脱泡得到铸膜液；然后将聚酯无纺布浸渍于铸膜液中一段时间；
将刮刀在刮膜机上安装、固定好，牵引浸渍过铸膜液的聚酯无纺布从两个刮膜刀片1中间抽出，然后分别在上、下刮膜刀片1与聚酯无纺布之间塞入相同尺寸的垫片，调整并固定刀片间距调节螺杆2，使聚酯无纺布两侧刮膜尺寸相同；
随后以一定的走布速度持续将浸渍过铸膜液的聚酯无纺布从两个刮膜刀片1中间拉出，接着置于室温下的去离子水中进行相分离，分相结束后用去离子水冲洗固化，经95％的乙醇浸泡一段时间后，得到双层聚合物多孔基底膜，自然晾干备用；
在上述方案的基础上，步骤1所述聚合物膜材料的质量分数为12～22％，聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为0～6％，有机溶剂的质量分数为72～88％。
在上述方案的基础上，步骤1所述聚合物膜材料为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜(PSF)中的一种或两种以任意比例混合。
在上述方案的基础上，步骤1所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)或N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中的任意一种。
在上述方案的基础上，步骤1所述搅拌具体为，在60～80℃下搅拌24～48小时。
在上述方案的基础上，步骤1所述浸渍时间为30～60分钟。
在上述方案的基础上，步骤1所述垫片的厚度为40～100μm。
在上述方案的基础上，步骤1所述走布速度为0.5～1.2m/min。
在上述方案的基础上，步骤1所述固化时间为24～48小时。
在上述方案的基础上，步骤1所述浸泡时间为30～60分钟。
步骤2、双层PDMS功能层制备：将聚二甲基硅氧烷(PDMS)、交联剂溶于有机溶剂中搅拌均匀，配成溶液，然后向溶液中加入催化剂二月桂酸二丁基锡，搅拌均匀后静置脱泡得到涂覆液，将双层聚合物多孔基底膜浸渍于涂覆液中一段时间；
将刮刀在涂覆机上安装、固定好，牵引浸渍过涂覆液的双层聚合物基底膜从两个刮膜刀片1中间抽出，然后分别在上、下刮膜刀片1与双层聚合物多孔基底膜之间塞入相同尺寸的垫片，调整并固定刀片间距调节螺杆2，使双层聚合物多孔基底膜两侧刮膜尺寸相同；
随后在涂覆液未发生凝胶前，以一定的走布速度，持续将浸渍过涂覆液的双层聚合物多孔基底膜从两个刮膜刀片1中间拉出，在涂覆机的加热段停留一段时间，在一定温度下交联、溶剂蒸发和固化成膜后收卷，制得涂覆了双层PDMS功能层的复合膜；
在上述方案的基础上，步骤2所述交联剂为正硅酸乙酯、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷中的一种。
在上述方案的基础上，步骤2所述有机溶剂为正己烷、正庚烷、正辛烷、甲苯或二甲苯中的任意一种。
在上述方案的基础上，步骤2所述交联剂：有机溶剂：聚二甲基硅氧烷的质量比为0.4～2.0：2.5～7.1：2.5～5.5。
在上述方案的基础上，步骤2所述溶液中聚二甲基硅氧烷的质量百分比为25～55％。
在上述方案的基础上，步骤2所述催化剂二月桂酸二丁基锡加入的质量分数为溶液总量的1～3％。
在上述方案的基础上，步骤2所述浸渍时间为10～30分钟。
在上述方案的基础上，步骤2所述垫片厚度为2～40μm。
在上述方案的基础上，步骤2所述走布速度为0.2～0.8m/min。
在上述方案的基础上，步骤2所述停留时间为1～8小时。
在上述方案的基础上，步骤2所述温度为40～80℃。
步骤3、多层复合膜的制备：将步骤2制备的复合膜浸渍于按体积比H2O2(30％)：H2SO4(98％)：H2O＝3：7：10(括号内的百分数为质量百分比浓度)配制的溶液中一段时间，然后依次用大量去离子水及乙醇淋洗，置于烘箱内干燥，再用紫外光照射一段时间，然后将表面活化的复合膜置于有机硅烷单体的溶液中，有机硅烷单体溶液中有机硅烷单体与溶剂的体积百分比为1～22％，反应一段时间，依次用甲苯、无水乙醇和去离子水清洗处理后，置于120℃烘箱中烘干，制得用于有机气体净化回收的多层复合膜。
在上述方案的基础上，步骤3所述浸渍时间为0～60分钟。
在上述方案的基础上，步骤3所述干燥具体为，在40℃下干燥24小时。
在上述方案的基础上，步骤3所述照射时间为0～30分钟。
在上述方案的基础上，步骤3所述有机硅烷单体为甲基苯基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、正己基三氯硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷中的一种或两种以任意比例混合。
在上述方案的基础上，步骤3所述溶剂为甲苯、正庚烷或正己烷中的任意一种。
在上述方案的基础上，步骤3所述反应具体为，在20～50℃下反应1～10小时。
实施例1
步骤1、双层聚合物基底膜制备：将12g的成膜聚合物PVDF与88g的有机溶剂DMF混合，在80℃下搅拌24小时，过滤、抽真空脱泡得到铸膜液；然后将聚酯无纺布浸渍于铸膜液中30min；将刮刀在刮膜机上安装、固定好，牵引浸渍过铸膜液的聚酯无纺布从两个刮膜刀片1中间抽出，然后分别在上、下刮膜刀片1与聚酯无纺布之间塞入相同尺寸的厚度为100μm的垫片，调整并固定刀片间距调节螺杆2，使聚酯无纺布两侧刮膜尺寸相同。随后以1.2m/min的走布速度持续将浸渍过铸膜液的聚酯无纺布从两个刮膜刀片1中间拉出，接着置于室温下的去离子水中进行相分离，分相结束后用去离子水冲洗固化48小时，经95％的乙醇浸泡30分钟后，得到双层PVDF多孔基底膜，自然晾干备用。
步骤2、双层PDMS功能层制备：将25gPDMS、4g正硅酸乙酯溶于71g正庚烷中搅拌均匀，配成溶液，然后向溶液加入1g二月桂酸二丁基锡，搅拌均匀后静置脱泡得到涂覆液，将双层聚合物多孔基底膜浸渍于涂覆液中10min，将刮刀在涂敷机上安装、固定好，牵引浸渍过涂覆液的双层PVDF多孔基底膜从两个刮膜刀片1中间抽出，然后分别在上、下刮膜刀片1与双层PVDF多孔基底膜之间塞入相同尺寸的厚度为40μm的垫片，调整并固定刀片间距调节螺杆2，使双层PVDF多孔基底膜两侧刮膜尺寸相同。随后在涂覆液未发生凝胶前，以0.8m/min的走布速度，持续将浸渍过涂覆液的双层PVDF多孔基底膜从两个刮膜刀片1中间拉出，在涂覆机的加热段停留1小时，40℃下交联、溶剂蒸发和固化成膜后收卷，制得涂覆了双层PDMS功能层的复合膜。
步骤3、多层复合膜的制备：将步骤2制备的复合膜浸渍于按体积比H2O2(30％)：H2SO4(98％)：H2O＝3：7：10配制的溶液中60分钟，然后依次用大量去离子水及乙醇淋洗，40℃烘箱内干燥24小时后，然后将复合膜置于正己基三氯硅烷的甲苯溶液中，正己基三氯硅烷与甲苯的体积比为1％，20℃下反应10小时，依次用甲苯、无水乙醇和去离子水清洗处理后，置于120℃烘箱中烘干，制得用于有机气体净化回收的多层复合膜，用于正己烷/氮气体系分离，当正己烷体积分数为1000ppm、操作温度为298K、压力差为0.1MPa、气体流量为40ml/min时，测得分离因子为43，以正己烷为溶剂测定的溶胀度为10％，接触角为143°。
实施例2
步骤1、双层聚合物基底膜制备：将22g聚合物PSF和6g聚乙烯吡咯烷酮与72g有机溶剂DMAC混合，在60℃下搅拌48小时，过滤、抽真空脱泡得到铸膜液；然后将聚酯无纺布浸渍于铸膜液中60min，将刮刀在刮膜机上安装、固定好，牵引浸渍过铸膜液的聚酯无纺布从两个刮膜刀片1中间抽出，然后分别在上、下刮膜刀片1与聚酯无纺布之间塞入相同尺寸的厚度为40μm的垫片，调整并固定刀片间距调节螺杆2，使聚酯无纺布两侧刮膜尺寸相同。随后以0.5m/min的走布速度持续将浸渍过铸膜液的聚酯无纺布从两个刮膜刀片1中间拉出，接着置于室温下的去离子水中进行相分离，分相结束后用去离子水冲洗固化24小时，经95％的乙醇浸泡60分钟后，得到双层PSF多孔基底膜，自然晾干备用。
步骤2、双层PDMS功能层制备：将55gPDMS、20gγ-氨基丙基三乙氧基硅烷溶于25g正辛烷中搅拌均匀，配成溶液，然后向溶液中加入3g二月桂酸二丁基锡，搅拌均匀后静置脱泡得到涂覆液，将双层聚合物多孔基底膜浸渍于涂覆液中30min，将刮刀在涂覆机上安装、固定好，牵引浸渍过涂覆液的双层PSF多孔基底膜从两个刮膜刀片1中间抽出，然后分别在上、下刮膜刀片1与双层PSF多孔基底膜之间塞入相同尺寸的厚度为2μm的垫片，调整并固定刀片间距调节螺杆2，使双层PSF多孔基底膜两侧刮膜尺寸相同。随后在涂覆液未发生凝胶前，以0.2m/min的走布速度，持续将浸渍过涂覆液的双层PSF多孔基底膜从两个刮膜刀片1中间拉出，在涂覆机的加热段停留8小时，80℃下交联、溶剂蒸发和固化成膜后收卷，制得涂覆了双层PDMS功能层的复合膜。
步骤3、多层复合膜的制备：将步骤2制备的复合膜依次用大量去离子水及乙醇淋洗，40℃烘箱内干燥24小时后，用紫外光照射30分钟后，然后将表面活化的复合膜置于乙烯基三甲氧基硅烷的正庚烷溶液中，乙烯基三甲氧基硅烷与正庚烷的体积比为22％，50℃下反应1小时，依次用甲苯、无水乙醇和去离子水清洗处理后，置于120℃烘箱中烘干，制得用于有机气体净化回收的多层复合膜，用于正己烷/氮气体系分离，当正己烷体积分数为1000ppm、操作温度为298K、压力差为0.1MPa、气体流量为40ml/min时，测得分离因子为41，以正己烷为溶剂测定的溶胀度为12％，接触角为139°。
实施例3
步骤1、双层聚合物基底膜制备：将18g聚合物PVDF和2g聚乙烯吡咯烷酮与80g有机溶剂NMP混合，在70℃下搅拌36小时，过滤、抽真空脱泡得到铸膜液；然后将聚酯无纺布浸渍于铸膜液中40min，将刮刀在刮膜机上安装、固定好，牵引浸渍过铸膜液的聚酯无纺布从两个刮膜刀片1中间抽出，然后分别在上、下刮膜刀片1与聚酯无纺布之间塞入相同尺寸的厚度为70μm的垫片，调整并固定刀片间距调节螺杆2，使聚酯无纺布两侧刮膜尺寸相同。随后以0.6m/min的走布速度持续将浸渍过铸膜液的聚酯无纺布从两个刮膜刀片1中间拉出，接着置于室温下的去离子水中进行相分离，分相结束后用去离子水冲洗固化35小时，经95％的乙醇浸泡50分钟后，得到双层PVDF多孔基底膜，自然晾干备用。
步骤2、双层PDMS功能层制备：将50gPDMS、10g正硅酸乙酯溶于40g正己烷中搅拌均匀，配成溶液，然后向溶液中加入2g二月桂酸二丁基锡，搅拌均匀后静置脱泡得到涂覆液，将双层聚合物多孔基底膜浸渍于涂覆液中12min，将刮刀在涂覆机上安装、固定好，牵引浸渍过涂覆液的双层PVDF多孔基底膜从两个刮膜刀片1中间抽出，然后分别在上、下刮膜刀片1与双层PVDF多孔基底膜之间塞入相同尺寸的厚度为20μm的垫片，调整并固定刀片间距调节螺杆2，使双层PVDF多孔基底膜两侧刮膜尺寸相同。随后在涂覆液未发生凝胶前，以0.3m/min的走布速度，持续将浸渍过涂覆液的双层PVDF多孔基底膜从两个刮膜刀片1中间拉出，在涂覆机的加热段停留2小时，60℃下交联、溶剂蒸发和固化成膜后收卷，制得涂覆了双层PDMS功能层的复合膜。
步骤3、多层复合膜的制备：将步骤2制备的复合膜浸渍于按体积比H2O2(30％)：H2SO4(98％)：H2O＝3：7：10配制的溶液中30分钟，然后依次用大量去离子水及乙醇淋洗，置于40℃烘箱内干燥24小时，再用紫外光照射10分钟后，然后将表面活化的复合膜置于十二烷基三甲氧基硅烷的正己烷溶液中，十二烷基三甲氧基硅烷与正己烷的体积比为10％，40℃下反应5小时，依次用甲苯、无水乙醇和去离子水清洗处理后，置于120℃烘箱中烘干，制得用于有机气体净化回收的多层复合膜，用于正己烷/氮气体系分离，当正己烷体积分数为1000ppm、操作温度为298K、压力差为0.1MPa、气体流量为40ml/min时，分离因子48，以正己烷为溶剂测定的溶胀度为8％，接触角为149°。
实施例4
步骤1、双层聚合物基底膜制备：将11g聚合物PVDF、5g聚合物PSF和2g聚乙烯吡咯烷酮与82g有机溶剂DMAC混合，在75℃下搅拌30小时，过滤、抽真空脱泡得到铸膜液；然后将聚酯无纺布浸渍于铸膜液中50min，将刮刀在刮膜机上安装、固定好，牵引浸渍过铸膜液的聚酯无纺布从两个刮膜刀片1中间抽出，然后分别在上、下刮膜刀片1与聚酯无纺布之间塞入相同尺寸的厚度为60μm的垫片，调整并固定刀片间距调节螺杆2，使聚酯无纺布两侧刮膜尺寸相同。随后以0.8m/min的走布速度持续将浸渍过铸膜液的聚酯无纺布从两个刮膜刀片1中间拉出，接着置于室温下的去离子水中进行相分离，分相结束后用去离子水冲洗固化40小时，经95％的乙醇浸泡40分钟后，得到双层聚合物多孔基底膜，自然晾干备用。
步骤2、双层PDMS功能层制备：将40gPDMS、15gγ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷溶于45g甲苯中搅拌均匀，配成溶液，然后向溶液中加入1.5g二月桂酸二丁基锡，搅拌均匀后静置脱泡得到涂覆液，将双层聚合物多孔基底膜浸渍于涂覆液中15min，将刮刀在涂覆机上安装、固定好，牵引浸渍过涂覆液的双层聚合物多孔基底膜从两个刮膜刀片1中间抽出，然后分别在上、下刮膜刀片1与双层聚合物多孔基底膜之间塞入相同尺寸的厚度为30μm的垫片，调整并固定刀片间距调节螺杆2，使双层聚合物多孔基底膜两侧刮膜尺寸相同。随后在涂覆液未发生凝胶前，以0.5m/min的走布速度，持续将浸渍过涂覆液的双层聚合物多孔基底膜从两个刮膜刀片1中间拉出，在涂覆机的加热段停留4小时，50℃下交联、溶剂蒸发和固化成膜后收卷，制得涂覆了双层PDMS功能层的复合膜。
步骤3、多层复合膜的制备：将步骤2制备的复合膜浸渍于按体积比H2O2(30％)：H2SO4(98％)：H2O＝3：7：10配制的溶液中20分钟，然后依次用大量去离子水及乙醇淋洗，置于40℃烘箱内干燥24小时，再用紫外光照射15分钟后，然后将表面活化的复合膜置于甲基苯基二乙氧基硅烷的甲苯溶液中，甲基苯基二乙氧基硅烷与甲苯的体积比为8％，30℃下反应8小时，依次用甲苯、无水乙醇和去离子水清洗处理后，置于120℃烘箱中烘干，制得用于有机气体净化回收的多层复合膜，用于正己烷/氮气体系分离，当正己烷体积分数为1000ppm、操作温度为298K、压力差为0.1MPa、气体流量为40ml/min时，分离因子为44，以正己烷为溶剂测定的溶胀度为15％，接触角为145°。
实施例5
步骤1、双层聚合物基底膜制备：将15g聚合物PSF和4g聚乙烯吡咯烷酮与81g有机溶剂NMP混合，在65℃下搅拌40小时，过滤、抽真空脱泡得到铸膜液；然后将聚酯无纺布浸渍于铸膜液中45min，将刮刀在刮膜机上安装、固定好，牵引浸渍过铸膜液的聚酯无纺布从两个刮膜刀片1中间抽出，然后分别在上、下刮膜刀片1与聚酯无纺布之间塞入相同尺寸的厚度为80μm的垫片，调整并固定刀片间距调节螺杆2，使聚酯无纺布两侧刮膜尺寸相同。随后以1.0m/min的走布速度持续将浸渍过铸膜液的聚酯无纺布从两个刮膜刀片1中间拉出，接着置于室温下的去离子水中进行相分离，分相结束后用去离子水冲洗固化42小时，经95％的乙醇浸泡45分钟后，得到双层PSF多孔基底膜，自然晾干备用。
步骤2、双层PDMS功能层制备：将35gPDMS、8g正硅酸乙酯溶于57g二甲苯中搅拌均匀，配成溶液，然后向溶液中加入2.5g二月桂酸二丁基锡，搅拌均匀后静置脱泡得到涂覆液，将双层聚合物多孔基底膜浸渍于涂覆液中20min，将刮刀在涂覆机上安装、固定好，牵引浸渍过涂覆液的双层PSF多孔基底膜从两个刮膜刀片1中间抽出，然后分别在上、下刮膜刀片1与双层PSF多孔基底膜之间塞入相同尺寸的厚度为10μm的垫片，调整并固定刀片间距调节螺杆2，使双层PSF多孔基底膜两侧刮膜尺寸相同。随后在涂覆液未发生凝胶前，以0.5m/min的走布速度，持续将浸渍过涂覆液的双层PSF多孔基底膜从两个刮膜刀片1中间拉出，在涂覆机的加热段停留2小时，60℃下交联、溶剂蒸发、固化成膜后收卷，制得涂覆了双层PDMS功能层的复合膜。
步骤3、双层有机硅超薄皮层制备：将步骤2制备的复合膜浸渍于按体积比H2O2(30％)：H2SO4(98％)：H2O＝3：7：10配制的溶液中40分钟，然后依次用大量去离子水及乙醇淋洗，置于40℃烘箱内干燥24小时，再用紫外光照射12分钟后，然后将表面活化的复合膜置于十三氟辛基三乙氧基硅烷的正己烷溶液中，十三氟辛基三乙氧基硅烷与正己烷的体积比为5％，25℃下反应6小时，依次用甲苯、无水乙醇和去离子水清洗处理后，置于120℃烘箱中烘干，制得用于有机气体净化回收的多层复合膜，用于正己烷/氮气体系分离，当正己烷体积分数为1000ppm、操作温度为298K、压力差为0.1MPa、气体流量为40ml/min时，分离因子为42，以正己烷为溶剂测定的溶胀度为13％，接触角为144°。
对比例
步骤1、聚合物基底膜制备：将18g聚合物PVDF和2g聚乙烯吡咯烷酮与80g有机溶剂NMP混合，在70℃下搅拌36小时，过滤、抽真空脱泡得到铸膜液；在刮膜机上以0.6m/min的走布速度将铸膜液刮涂到起支撑层作用的聚酯无纺布上，刮膜厚度为70μm，接着置于室温下的去离子水中进行相分离，分相结束后用去离子水冲洗固化36小时，经95％的乙醇浸泡50分钟后，得到PVDF多孔基底膜，自然晾干备用。
步骤2、PDMS功能层制备：将50gPDMS、10g正硅酸乙酯溶于40g正己烷中搅拌均匀，配成溶液，然后向溶液中加入2g二月桂酸二丁基锡，搅拌均匀后静置脱泡得到涂覆液，随后在涂覆液未发生凝胶前，以0.3m/min的走布速度，将其涂覆到PVDF多孔基底膜上，涂敷厚度为20μm，在涂覆机的加热段停留2小时，60℃下交联、溶剂蒸发，固化成膜后收卷，制得用于有机气体净化回收的复合膜，用于正己烷/氮气体系分离，当正己烷体积分数为1000ppm、操作温度为298K、压力差为0.1MPa、气体流量为40ml/min时，测得分离因子为26，以正己烷为溶剂测定的溶胀度为25％，接触角为101°。
从上述实施例可以看出，本发明所述方法制备的用于有机气体净化回收的多层复合膜，由于在聚酯无纺布双面覆膜，并在表面形成了均匀致密的有机硅超薄皮层，突破了单面覆膜有机气体分离性能的局限，避免了有机溶剂对PDMS分离层网络和多孔基底膜支撑层的双重溶胀，使制备的有机气体分离复合膜的分离性能和耐溶胀性能得到提高；所制备的多层复合膜接触角较PDMS基膜增大，增加了捕集有机气体的能力，使分离性能提高，同时疏水性提高，增强了复合膜在气体分离过程中耐水蒸气的能力。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种两侧均可刮膜的刮刀，其特征在于，包括平行排列的刮膜刀片(1)和两个刀片间距调节螺杆(2)，所述刀片间距调节螺杆(2)固定连接于两个刮膜刀片(1)的两端。
2.一种用于有机气体净化回收的多层复合膜的制备方法，应用权利要求1所述的两侧均可刮膜的刮刀，其特征在于，具体制备过程为：
步骤1、双层聚合物基底膜制备：将聚合物膜材料和聚乙烯吡咯烷酮与有机溶剂混合，搅拌一段时间，过滤、抽真空脱泡得到铸膜液；然后将聚酯无纺布浸渍于铸膜液中一段时间；
将刮刀在刮膜机上安装、固定好，牵引浸渍过铸膜液的聚酯无纺布从两个刮膜刀片(1)中间抽出，然后分别在上、下刮膜刀片(1)与聚酯无纺布之间塞入相同尺寸的垫片，调整并固定刀片间距调节螺杆(2)，使聚酯无纺布两侧刮膜尺寸相同；
随后以一定的走布速度持续将浸渍过铸膜液的聚酯无纺布从两个刮膜刀片(1)中间拉出，接着置于室温下的去离子水中进行相分离，分相结束后用去离子水冲洗固化，经95％的乙醇浸泡一段时间后，得到双层聚合物多孔基底膜，自然晾干备用；
步骤2、双层PDMS功能层制备：将聚二甲基硅氧烷、交联剂溶于有机溶剂中搅拌均匀，配成溶液，然后向溶液中加入催化剂二月桂酸二丁基锡，搅拌均匀后静置脱泡得到涂覆液，将双层聚合物多孔基底膜浸渍于涂覆液中一段时间；
将刮刀在涂覆机上安装、固定好，牵引浸渍过涂覆液的双层聚合物基底膜从两个刮膜刀片(1)中间抽出，然后分别在上、下刮膜刀片(1)与双层聚合物多孔基底膜之间塞入相同尺寸的垫片，调整并固定刀片间距调节螺杆(2)，使双层聚合物多孔基底膜两侧刮膜尺寸相同；
随后在涂覆液未发生凝胶前，以一定的走布速度，持续将浸渍过涂覆液的双层聚合物多孔基底膜从两个刮膜刀片(1)中间拉出，在涂覆机的加热段停留一段时间，在一定温度下交联、溶剂蒸发和固化成膜后收卷，制得涂覆了双层PDMS功能层的复合膜；
步骤3、多层复合膜的制备：将步骤2制备的复合膜浸渍于按体积比H2O2(30％)：H2SO4(98％)：H2O＝3：7：10配制的溶液中一段时间，然后依次用大量去离子水及乙醇淋洗，置于烘箱内干燥，再用紫外光照射一段时间，然后将表面活化的复合膜置于有机硅烷单体的溶液中，有机硅烷单体溶液中有机硅烷单体与溶剂的体积百分比为1～22％，反应一段时间，依次用甲苯、无水乙醇和去离子水清洗处理后，置于120℃烘箱中烘干，制得用于有机气体净化回收的多层复合膜。
3.如权利要求2所述的用于有机气体净化回收的多层复合膜的制备方法，其特征在于，步骤1所述聚合物膜材料的质量分数为12～22％，聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为0～6％，有机溶剂的质量分数为72～88％；所述聚合物膜材料为聚偏氟乙烯、聚砜中的一种或两种以任意比例混合；所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺或N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种。
4.如权利要求2所述的用于有机气体净化回收的多层复合膜的制备方法，其特征在于，步骤1所述搅拌具体为，在60～80℃下搅拌24～48小时；所述浸渍时间为30～60分钟；所述垫片的厚度为40～100μm；所述走布速度为0.5～1.2m/min；所述固化时间为24～48小时；所述浸泡时间为30～60分钟。
5.如权利要求2所述的用于有机气体净化回收的多层复合膜的制备方法，其特征在于，步骤2所述交联剂为正硅酸乙酯、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷中的一种；所述有机溶剂为正己烷、正庚烷、正辛烷、甲苯或二甲苯中的任意一种；所述交联剂：有机溶剂：聚二甲基硅氧烷的质量比为0.4～2.0：
2.5～7.1：2.5～5.5。
6.如权利要求2所述的用于有机气体净化回收的多层复合膜的制备方法，其特征在于，步骤2所述溶液中聚二甲基硅氧烷的质量百分比为25～55％；所述催化剂二月桂酸二丁基锡加入的质量分数为溶液总量的1～3％。
7.如权利要求2所述的用于有机气体净化回收的多层复合膜的制备方法，其特征在于，步骤2所述浸渍时间为10～30分钟；所述垫片厚度为2～40μm；所述走布速度为0.2～0.8m/min；所述停留时间为1～8小时；所述温度为40～80℃。
8.如权利要求2所述的用于有机气体净化回收的多层复合膜的制备方法，其特征在于，步骤3所述浸渍时间为0～60分钟；所述干燥具体为，在40℃下干燥24小时。所述照射时间为0～30分钟。
9.如权利要求2所述的用于有机气体净化回收的多层复合膜的制备方法，其特征在于，步骤3所述有机硅烷单体为甲基苯基二乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、正己基三氯硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷中的一种或两种以任意比例混合；所述溶剂为甲苯、正庚烷或正己烷中的任意一种。
10.如权利要求2所述的用于有机气体净化回收的多层复合膜的制备方法，其特征在于，步骤3所述反应具体为，在20～50℃下反应1～10小时。
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