CN109304098B - 一种聚合物-陶瓷复合内膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚合物‑陶瓷复合内膜的制备方法。该方法采用多孔陶瓷为支撑体，通过注入‑静置‑排出法在多孔陶瓷内壁制备有机分离层。所制备的聚合物/陶瓷复合内膜可用于渗透汽化、气体分离、VOCs有机溶剂回收等应用研究。该方法可以有效的避免有机膜层在陶瓷管内侧不均匀的问题。同时，通过该方法制备的内膜可有效的解决膜在运输过程以及正常的拆卸导致的机械损伤问题。本发明采用新型的注入‑排出的方法不仅提高了膜的分离性能，而且制作工艺简单，易于工业放大制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚合物-陶瓷复合内膜的制备方法，所制备的聚合物-陶瓷复合膜可以用于渗透汽化、气体分离、VOCs有机溶剂回收等应用研究。
背景技术
随着人类社会不断的发展和对新型高性能材料的开发过程中，物质的分离和纯化扮演着越来越重要的角色。传统的分离技术包括精馏、筛分、过滤、萃取等，不仅能耗较高，同时也很难实现分子级尺度的分离。膜分离技术是一种新型分离技术，具有高效节能、过程易于控制、操作方便、便于放大与产业化等优点。近年来，随着膜材料制备技术的不断进步，面向多元液相体系的膜分离技术也得到了快速发展，成为21世纪最有前途的高新技术之一。
根据膜材料性质膜可分为无机膜和有机膜。常见的无机膜包括分子筛膜、微孔二氧化硅膜和金属有机骨架膜等。无机膜虽分离性能良好，但造价高且制作工艺较为复杂。有机膜包括聚乙烯醇膜(PVA)、聚酰亚胺(PI)、壳聚糖、海藻酸钠、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等。有机膜通常受“trade-off”影响，即高的渗透通量和高分离因子无法同时得到。有机-无机复合内膜的制备不仅与膜材料本身的性质有关，还受到无机支撑体的影响，如粗糙度、孔径等。尤其在产业化生产过程中，膜在运输的过程中受到的机械损伤也是影响膜性能的一个重要因素。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高渗透通量、高分离因子、稳定性优、制作工艺简单、便于正常膜管拆卸和运输的聚合物-陶瓷复合内膜的制备方法。
本发明的技术方案为：一种聚合物-陶瓷复合内膜的制备方法，其具体步骤如下：
步骤1：配置聚合物涂膜液：将聚合物分散溶解于溶剂中，搅拌均匀，得到涂膜溶液，其中聚合物的质量百分浓度为3-10％；
步骤2：注入-排出法制备聚合物-陶瓷复合内膜：将聚合物涂膜液注满多孔陶瓷管内腔中，静置时间为30-120秒，而后将涂膜液排出，晾干，然后放入烘箱中处理，得到聚合物-陶瓷复合内膜。
优选所述的聚合物为聚二甲基硅氧烷、聚醚嵌段酰胺、聚乙烯醇、聚辛基三甲氧基硅烷或聚三甲氧基硅丙炔中的任意一种。
优选所述的的溶剂为正辛烷、环己烷甲苯、正庚烷、正丁醇、正己烷、四氢呋喃或三氯甲烷中的一种。
优选所述的的搅拌转速为150-250rpm，时间为24-72h。
优选所述的多孔陶瓷为管式多孔陶瓷膜或中空纤维多孔陶瓷膜中的任意一种。
优选所述的多孔陶瓷管的过渡层为莫来石、氧化铝、氧化锆、氧化钛或氧化硅中的一种；平均有效孔径大约为250-500mm。
优选所述的晾干时间为24-72h；所述的烘箱温度为80-120℃，处理时间为24-72h。
优选所制备得到聚合物-陶瓷复合内膜的厚度为5-15微米。
有益效果：
本发明的效果和益处是提供了一种简单、易于操作，将聚合物膜涂覆与陶瓷管内腔，制备连续无缺陷、高性能的聚合物-陶瓷复合内膜。该方法普适性广泛、使用于各种聚合物膜的制备，解决了膜在正常的拆卸和运输的过程中受到的机械损伤技术难题，且提高了膜的分离性能，为聚合物/陶瓷复合内膜的大规模工业应用奠定了基础。
附图说明
图1为实例1制得的聚合物/陶瓷复合内膜的电子显微镜照片。
具体实施方式
实施例1
1)将4g聚二甲基硅氧烷溶解于60g的正庚烷溶液当中，搅拌24h，静置可获得PDMS涂膜液。
2)将PDMS涂膜液注射到过渡层为氧化锆且孔径为500nm的陶瓷管内部，涂膜时间为30s，而后移除涂膜液，晾干12h，烘箱处理，处理温度为100℃，时间为24h。所制备的PDMS/陶瓷复合内膜的厚度约为8微米。
测定本实施例制备的PDMS/陶瓷复合内膜对于乙醇/水溶液的分离性能，当原料液的浓度为5wt％的乙醇/水溶液，操作温度为40℃时，该复合膜的渗透通量为890g/m2·h，分离因子为9.5。
实施例2
1)将2g聚二甲基硅氧烷溶解于60g的正庚烷溶液当中，搅拌24h，静置可获得PDMS涂膜液。
2)将PDMS涂膜液注射到过渡层为氧化铝且孔径为250nm的中空纤维内部，涂膜时间为120s，而后移除涂膜液，晾干12h，烘箱处理，处理温度为100℃，时间为24h。所制备的PDMS/陶瓷复合内膜的厚度为8微米。
测定本实施例制备的PDMS/陶瓷复合内膜对于乙醇/水溶液的分离性能，当原料液的浓度为5wt％的乙醇/水溶液时，操作温度为40℃时，该复合膜的渗透通量为1250g/m2·h，分离因子为8.9。
实施例3
1)将4g聚醚嵌段酰胺溶解于40g的正丁醇溶液当中，搅拌72h，静置可获得聚醚嵌段酰胺涂膜液。
2)将聚醚嵌段酰胺涂膜液注射到过渡层为氧化锆且孔径为500nm的陶瓷管内部，涂膜时间为90s，而后移除涂膜液，晾干48h，烘箱处理，处理温度为80℃，时间为48h。所制备的聚醚嵌段酰胺陶瓷有机无机复合膜的厚度为5微米。
测定本实施例制备的有机/无机陶瓷复合内膜对于乙醇/水溶液的分离性能，当原料液的浓度为5wt％的乙醇/水溶液，操作温度为40℃时，该复合膜的渗透通量为512g/m2·h，分离因子为18。
实施例4
1)将2g聚乙烯醇(PVA)溶解于20g的正丁醇溶液当中，搅拌48h，静置可获得聚乙烯醇涂膜液。
2)将PVA膜液注射到过渡层为氧化钛且孔径为500nm的陶瓷管内部，涂膜时间为60s，而后移除涂膜液，晾干72h，烘箱处理，处理温度为120℃，时间为72h。所制备的PVA陶瓷复合膜的厚度为15微米。
测定本实施例制备的PVA陶瓷复合内膜对于乙醇/水溶液的分离性能，当原料液的浓度为90wt％的乙醇/水溶液，操作温度为80℃时，该复合膜的渗透通量为1630g/m2·h，分离因子为38。
实施例5
1)将10g聚辛基三甲氧基硅烷溶解于150g的正辛烷溶液当中，搅拌48h，静置可获得聚辛基三甲氧基硅烷涂膜液。
2)将聚辛基三甲氧基硅烷膜液注射到过渡层为氧化铝孔径为500nm的陶瓷管内部，涂膜时间为120s，而后移除涂膜液，晾干48h，烘箱处理，处理温度为100℃，时间为48h。所制备的聚辛基三甲氧基硅烷陶瓷复合膜的厚度为8微米。
测定本实施例制备的聚辛基三甲氧基硅烷陶瓷复合内膜对于乙醇/水溶液的分离性能，当原料液的浓度为5wt％的乙醇/水溶液，操作温度为40℃时，该复合膜的渗透通量为800g/m2·h，分离因子为8.2。
实施例6
1)将5g聚三甲氧基硅丙炔(PTMSP)溶解于70g的环己烷溶液当中，搅拌72h，静置可获得聚三甲氧基硅丙炔涂膜液。
2)将PTMSP涂膜液注射到过渡层为莫来石孔径为500nm的陶瓷管内部，涂膜时间为90s，而后移除涂膜液，晾干24h，烘箱处理，处理温度为120℃，时间为48h。所制备的PTMSP陶瓷有机无机复合膜的厚度为10微米。
测定本实施例制备的PTMSP陶瓷复合内膜对于乙醇/水溶液的分离性能，当原料液的浓度为5wt％的乙醇/水溶液，操作温度为40℃时，该复合膜的渗透通量为1010g/m2·h，分离因子为16.8。
Claims (3)
1.一种聚合物-陶瓷渗透汽化复合内膜的制备方法，其具体步骤如下：
步骤1：配置聚合物涂膜液：将聚合物分散溶解于溶剂中，搅拌均匀，得到涂膜溶液，其中聚合物的质量百分浓度为3-10％；其中所述的聚合物为聚二甲基硅氧烷、聚醚嵌段酰胺、聚乙烯醇、聚辛基三甲氧基硅烷或聚三甲氧基硅丙炔中的任意一种；
步骤2：注入-排出法制备聚合物-陶瓷复合内膜：将聚合物涂膜液注满多孔陶瓷管内腔中，静置时间为30-120秒，而后将涂膜液排出，晾干，然后放入烘箱中处理，得到聚合物-陶瓷复合内膜；其中多孔陶瓷管的过渡层为莫来石、氧化铝、氧化锆、氧化钛或氧化硅中的一种；平均有效孔径为250-500nm；其中所述的晾干时间为24-72h；所述的烘箱温度为80-120℃，处理时间为24-72h；所述的多孔陶瓷为管式多孔陶瓷膜或中空纤维多孔陶瓷膜中的任意一种；所制备得到聚合物-陶瓷复合内膜的厚度为5-15微米。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的溶剂为正辛烷、环己烷甲苯、正庚烷、正丁醇、正己烷、四氢呋喃或三氯甲烷中的一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述搅拌转速为150-250rpm，时间为24-72h。
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| 管式聚二甲基硅氧烷/陶瓷复合内膜的制备及其渗透汽化应用;董梦袁等;《南京工业大学学报》;20170531;第39卷(第3期);第34-39页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109304098A (zh) | 2019-02-05 |
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