CN115121130B - 一种用于分离水体中挥发性有机化合物的疏水陶瓷膜制备方法 - Google Patents

一种用于分离水体中挥发性有机化合物的疏水陶瓷膜制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115121130B
CN115121130B CN202210225307.6A CN202210225307A CN115121130B CN 115121130 B CN115121130 B CN 115121130B CN 202210225307 A CN202210225307 A CN 202210225307A CN 115121130 B CN115121130 B CN 115121130B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ceramic membrane
hydrophobic
porous ceramic
pdms
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210225307.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115121130A (zh
Inventor
韦奇
徐立刚
王亚丽
李群艳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN202210225307.6A priority Critical patent/CN115121130B/zh
Publication of CN115121130A publication Critical patent/CN115121130A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115121130B publication Critical patent/CN115121130B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02—Inorganic material
    • B01D71/024—Oxides
    • B01D71/025—Aluminium oxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36—Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
    • B01D61/362—Pervaporation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0039—Inorganic membrane manufacture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/448—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by pervaporation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/38—Hydrophobic membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本发明提供一种用于分离水体中挥发性有机化合物的疏水陶瓷膜制备方法。本发明具体为采用聚二甲基硅氧烷为疏水修饰剂，以正己烷为溶剂，通过浸渍‑提拉法对多孔陶瓷膜进行疏水化处理，并将疏水化多孔陶瓷膜用于分离水体中的挥发性性有机化合物甲基叔丁基醚(MTBE)。将多孔陶瓷膜经去离子水和无水乙醇两次交替超声震荡清洗后，在100℃下干燥备用；正己烷和PDMS质量比为1:1，常温搅拌30min，保留时间时间20s，提拉速度为80mm/min，80℃固化2h，最终得到疏水多孔陶瓷膜用于水体中MTBE的分离。基于此修饰剂配方制备获得的陶瓷膜水接触角，分离系数和分离通量都很高，制作方法简单，可操作性强。

Description

一种用于分离水体中挥发性有机化合物的疏水陶瓷膜制备 方法
技术领域
本发明涉及渗透汽化分离水体中易挥发性有机物技术领域，涉及一种利用聚二甲基硅氧烷为修饰剂对多孔陶瓷膜进行疏水化修饰的方法。由于PDMS表面含有大量的甲基基团并且其为链状结构，在陶瓷表面形成疏水层并且对MTBE的亲和力比较高，MTBE 主要以溶解扩散的方式通过陶瓷膜，最终被收集，首先是PDMS将液态的MTBE溶解，然后在负压条件下扩散到收集瓶中，最终实现MTBE/水分离。
背景技术
挥发性有机化合物广泛用于制造各种产品，包括制冷剂、塑料、粘合剂、油漆和石油产品。从废水中回收这些化合物显得尤为重要，可以有效缓解能源压力和减轻大气污染和水体污染。
近年来，渗透汽化已成为一种工业过程。该工艺主要用于有机溶剂的脱水，但也可用于二元有机-有机混合物的分离，从水溶液中提取有机物，以及食品和化妆品工业中的芳香化合物的回收。从水体回收利用二次能源显得尤为重要，而且渗透汽化能耗低，跨膜压差小，操作简单，在工业中有重大意义。常规意义上的多孔陶瓷膜具有机械强度高、化学性能稳定、抗污染能力强，可作为渗透汽化的膜组件。由于无机陶瓷膜含有大量羟基导致本征亲水，所以需要对其进行疏水化处理。最常用的疏水化修饰剂是采用含氟的硅烷类有机物后接枝修饰陶瓷膜，因为相比其他疏水基团含氟基团表面能低，疏水性能好，但是后接枝修饰的陶瓷膜是利用陶瓷表面羟基和硅烷类有机物生成化学键，利用化学键来连接疏水基团。或者使用多孔陶瓷膜作为支撑体，复合一层二氧化硅膜分离水体中易挥发有机物，但是这样耗时耗力，能耗高，制作工艺繁琐。以上是在一定温度下利用渗透汽化分离易挥发有机物，分离效率低，分离系数不理想，无法满足工业生产需要。
本发明拟在多孔陶瓷膜表面直接疏水化修饰来防止陶瓷膜在分离水体中时发生的水润湿现象，提高陶瓷膜的疏水性，进而提高多孔陶瓷膜的分离效率和分离系数。聚二甲基硅氧烷(PDMS)化学稳定性强、疏水基团表面能低、物理黏附能力强，价格低廉，工业生产加工简单，在疏水性研究方面有较多的应用。大多文献报道基本都是利用PDMS 成膜或者作为分离层进行的研究，这种方法极其容易堵塞孔道，分离性能差。目前，关于 PDMS物理黏附能力方面极少有文献报道。因此本发明用创新的方法利用PDMS极强的物理黏附能力在多孔陶瓷膜表面黏附PDMS，达到疏水化处理的效果，提高多孔陶瓷膜的分离效率和分离系数。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于分离水体中挥发性有机化合物(VOCs)的疏水陶瓷膜制备方法；该方法显著提高了多孔陶瓷膜分离水体中VOCs的分离效率和分离系数，且成本低、方法简便并具有普适性。
本发明按照如下步骤进行：
一种用于分离水体中挥发性有机化合物(VOCs)的疏水陶瓷膜制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)制备的多孔陶瓷膜经溶剂超声震荡清洗后，在100℃下干燥备用，得到陶瓷膜A。
(2)把正己烷和PDMS以1:1质量比混合搅拌，得到二者混合液。
(3)用自动提拉机以80mm/min的速度将α氧化铝陶瓷膜垂直匀速置入混合液中，保留20s，然后以80mm/min的速度将α氧化铝陶瓷膜垂直匀速提出，均匀涂抹在步骤(1) 所得的陶瓷膜A上，得到陶瓷膜B。
(4)将步骤(3)所得的陶瓷膜B置于干燥箱中，在80℃下干燥2h，即得到PDMS 修饰的多孔陶瓷膜C。
步骤(1)中，所述的溶剂是去离子水和乙醇，干燥温度为100℃。
步骤(1)中，所述的多孔陶瓷膜为多孔α氧化铝陶瓷膜，最可几孔径为范围在 30-40nm，孔隙率为4-10％。
步骤(2)中，所述的PDMS为商业产品均可，混合搅拌时间为30min
步骤(4)中，所述的温度是80℃，时间是2h。
与现有技术相比，本发明具备的技术优点体现在：
本发明的方法所获得的PDMS修饰的表面对水的接触角为137°，对MTBE的分离系数可达80.4，分离液中MTBE占比达到79.5％，分离总通量可达0.418kg/m2h，显著提高了多孔陶瓷膜对MTBE的分离系数和分离通量。
本发明所使用的原材料成本低，提拉设备简单，容易操作，仅需提拉机和干燥性等设备。
本发明所使用的方法仅需调控不同质量比的正己烷和PDMS，就可得到不同浓度修饰的多孔陶瓷膜。
发明方法具有普适性，对于不同材质的多孔陶瓷膜基底，该发明方法同样适用。
附图说明
图1.α氧化铝陶瓷膜的孔径分布图。
图2.修饰前后的表面形貌SEM图。
图3.修饰前后的对水接触角图。
图4.修饰前后的氮气渗透率图。
图5.修饰前后的分离系数以及分离液中各组分含量占比图。
图6.修饰前后的分离通量以及分离液中各组分通量占比图。
具体实施方式
实施例1
将制备的最可几孔径为范围在30-40nm，孔隙率为4％的多孔α氧化铝陶瓷膜经去离子水和乙醇交替两次超声震荡清洗后，在100℃下干燥12h后备用。把正己烷和PDMS以1:1的质量比混合搅拌30min得到修饰剂，用自动提拉机以80mm/min的速度将α氧化铝陶瓷膜垂直匀速置入修饰剂中，保留20s，然后以80mm/min的速度将α氧化铝陶瓷膜垂直匀速提出，室温待表面无明显液体时放入干燥箱中80℃保温2h，然后进行氮气 (N2)渗透通量测试和表面形貌测试。制得的疏水陶瓷膜的在膜两侧压差100kPa时N2气流量为2.4×103L/m2h。在扫描电子显微镜下观察制得的疏水陶瓷膜的表面，可看到表面分布的PDMS。
实施例2
将制备的最可几孔径为范围在30-40nm，孔隙率为4％的多孔α氧化铝陶瓷膜经去离子水和乙醇交替三次超声震荡清洗后，在100℃下干燥12h后备用。把正己烷和PDMS 以1:1的质量比混合搅拌30min得到修饰剂，用自动提拉机以80mm/min的速度将α氧化铝陶瓷膜垂直匀速置入修饰剂中，保留20s，然后以80mm/min的速度将α氧化铝陶瓷膜垂直匀速提出，室温待表面无明显液体时放入干燥箱中80℃保温2h，然后进行对水触角实验，可得到对水接触角为137°。
实施例3
将制备的最可几孔径为范围在30-40nm，孔隙率为4％的多孔α氧化铝陶瓷膜经去离子水和乙醇交替三次超声震荡清洗后，在100℃下干燥12h后备用。把正己烷和 PDMS以1:1的质量比混合搅拌30min得到修饰剂，用自动提拉机以80mm/min的速度将α氧化铝陶瓷膜垂直匀速置入修饰剂中，保留20s，然后以80mm/min的速度将α氧化铝陶瓷膜垂直匀速提出，室温待表面无明显液体时放入干燥箱中80℃保温2h，然后在进料液浓度为4.6％，进料流速为200mL/min，温度为30℃的条件下利用渗透汽化分离水体中 MTBE的实验。得到分离液中的MTBE含量占比为79.5％，分离系数为80.4。总的分离通量为0.418kg/m2h，分离液中的MTBE通量为0.332kg/m2h。

Claims (3)

1.一种用于分离水体中挥发性有机化合物的疏水陶瓷膜制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)多孔陶瓷膜经溶剂超声震荡清洗后，在100℃下干燥备用，得到陶瓷膜A；所述的多孔陶瓷膜为多孔α氧化铝陶瓷膜，最可几孔径范围是30-40nm，孔隙率为4-10％；
(2)把正己烷和PDMS以1:1质量比混合搅拌，得到二者混合液；
(3)用自动提拉机以80mm/min的速度将α氧化铝陶瓷膜垂直匀速置入混合液中，保留20s，然后以80mm/min的速度将α氧化铝陶瓷膜垂直匀速提出，均匀涂抹在步骤(1)所得的陶瓷膜A上，得到陶瓷膜B；
(4)将步骤(3)所得的陶瓷膜B置于干燥箱中，在80℃温度下干燥2h，即得到PDMS修饰的多孔陶瓷膜C。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的溶剂是去离子水和乙醇交替超声震荡清洗。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的PDMS为商业产品均可，混合搅拌时间为30min。
CN202210225307.6A 2022-03-07 2022-03-07 一种用于分离水体中挥发性有机化合物的疏水陶瓷膜制备方法 Active CN115121130B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210225307.6A CN115121130B (zh) 2022-03-07 2022-03-07 一种用于分离水体中挥发性有机化合物的疏水陶瓷膜制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210225307.6A CN115121130B (zh) 2022-03-07 2022-03-07 一种用于分离水体中挥发性有机化合物的疏水陶瓷膜制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115121130A CN115121130A (zh) 2022-09-30
CN115121130B true CN115121130B (zh) 2023-09-01

Family

ID=83376463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210225307.6A Active CN115121130B (zh) 2022-03-07 2022-03-07 一种用于分离水体中挥发性有机化合物的疏水陶瓷膜制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115121130B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104772044A (zh) * 2015-03-13 2015-07-15 南京工业大学 一种界面改性提高有机无机复合膜性能的方法
CN106474947A (zh) * 2016-12-14 2017-03-08 中国科学技术大学 一种表面疏水多孔陶瓷膜的制备方法
CN107226719A (zh) * 2017-05-12 2017-10-03 华南理工大学 一种氧化石墨烯膜的制备方法及其制备的氧化石墨烯膜在高浓度乙二醇溶液脱水中的应用
CN107352980A (zh) * 2017-07-11 2017-11-17 芜湖市宝艺游乐科技设备有限公司 一种具有超疏水表面的氧化铝平板陶瓷膜及其制备方法
CN107930418A (zh) * 2017-11-23 2018-04-20 南京九思高科技有限公司 一种有机无机三层复合膜及其制备方法
CN109304098A (zh) * 2018-10-22 2019-02-05 南京工业大学 一种聚合物-陶瓷复合内膜的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104772044A (zh) * 2015-03-13 2015-07-15 南京工业大学 一种界面改性提高有机无机复合膜性能的方法
CN106474947A (zh) * 2016-12-14 2017-03-08 中国科学技术大学 一种表面疏水多孔陶瓷膜的制备方法
CN107226719A (zh) * 2017-05-12 2017-10-03 华南理工大学 一种氧化石墨烯膜的制备方法及其制备的氧化石墨烯膜在高浓度乙二醇溶液脱水中的应用
CN107352980A (zh) * 2017-07-11 2017-11-17 芜湖市宝艺游乐科技设备有限公司 一种具有超疏水表面的氧化铝平板陶瓷膜及其制备方法
CN107930418A (zh) * 2017-11-23 2018-04-20 南京九思高科技有限公司 一种有机无机三层复合膜及其制备方法
CN109304098A (zh) * 2018-10-22 2019-02-05 南京工业大学 一种聚合物-陶瓷复合内膜的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
聚二甲基硅氧烷－陶瓷复合膜的正己烷－N2 分离性能;宗传欣;南京工业大学学报( 自然科学版);第41卷(第5期);第649-655页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115121130A (zh) 2022-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110026097B (zh) 一种PIM-1@MOFs/聚合物复合渗透汽化膜的制备方法
CN104722215B (zh) 基于石墨烯材料的二氧化碳气体分离膜的制备方法
CN106582317A (zh) 一种用于有机溶剂纳滤的金属有机骨架修饰氧化石墨烯片层结构复合膜的制备方法
CN101879415B (zh) 超亲水型超滤膜的制作方法及设备
CN101704957B (zh) 一种制备具有连续纳米孔道的聚合物薄膜的方法
CN106582314B (zh) 一种用于膜蒸馏的小孔径疏水复合膜制备方法
CN114180582B (zh) 一种多级孔二氧化硅气凝胶材料及其制备方法
CN107376673B (zh) 一种负载有TiO2纳米管的PES超滤膜及其制备方法和应用
CN108283889B (zh) 一种复合膜、其制备方法及在气体分离、纯化中的应用
CN106731891B (zh) 一种氮化碳二维材料复合膜及其制备方法和用途
CN104117297A (zh) 一种疏水改性纳米碳酸钙填充渗透汽化复合膜的制备方法
CN107983161B (zh) 一种二维MXene膜在水和乙醇分离中的应用
He et al. Hydrophobic mesoporous organosilica membranes: Preparation and application in the separation of volatile organic compounds from water
CN108499361A (zh) 一种孔径可调节的纳米多孔聚合物膜的制备方法
CN115121130B (zh) 一种用于分离水体中挥发性有机化合物的疏水陶瓷膜制备方法
CN113522039A (zh) 一种基于pva接枝改性的正渗透膜的制备方法
CN113209952A (zh) 手性共价有机骨架膜及其制备方法和应用
CN102389723A (zh) 一种用于油气回收的有机/无机复合膜及其制备方法
CN115253725B (zh) 一种基于氨基改性mof材料的混合基质膜及其制备方法和应用
CN102500241A (zh) 一种抗污染渗透汽化膜的制备方法
CN114432893B (zh) 一种含氟渗透汽化膜及其制备方法
CN113058438A (zh) 一种提高聚砜超滤膜性能的改性方法
CN114259883A (zh) 一种挥发性有机物分离复合膜及复合膜的制备方法
CN111760330A (zh) 一种聚酯复合ptfe油水分离材料
CN104998555A (zh) 一种亲水性聚偏氟乙烯过滤膜的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant