CN115920652A - 一种间歇式加热制备分离膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种间歇式加热制备分离膜的方法，属于新材料制备技术领域。本方法将加热过程进行间歇式加热设计和控制，主要通过预先将多孔基质材料和合成液置于反应釜中，随后将反应釜密封后置于加热设备中，加热设备在某一温度加热一段时间后，突然停止设备加热，等待一段时间后，恢复设备加热一段时间，以此将停止设备加热一段时间和恢复设备加热一段时间这一间歇式加热过程执行单次或多次，整个间歇式加热过程中反应釜一直处于加热设备中，不对反应釜做额外处理，待反应结束后，从反应釜中取出基质材料，经洗涤、干燥得到分离膜。通过本发明制备的分离膜膜层致密，无缺陷，厚度薄，亦可通过本发明进一步缩短制备高质量分离膜的合成时间。
Description
技术领域
本发明属于新材料制备技术领域，涉及到一种分离膜的制备方法，特别是提供一种间歇式加热制备分离膜的方法。
背景技术
分离膜是一种具有选择性透过能力的膜型材料，可广泛用于气体分离、液体分离、气液分离和膜催化。
分离膜可以分为自支撑分离膜和非自支撑分离膜。非自支撑分离膜主要利用多孔基质材料作为载体，首先将载体和合成液一起置于反应釜中，再在一定温度和压力下在载体表面制得分离膜层。目前制备分离膜的加热方式主要采用连续式加热。连续式加热过程中，合成液中一些较大晶体颗粒与非晶颗粒容易进入或嵌入膜层，易使得膜层厚度变厚和产生晶间缺陷，另一方面，合成液中不同时期产生的晶核进行着不同时间的晶体生长过程，形成不同尺寸大小的晶体颗粒，这些不同尺寸大小的晶体颗粒构成膜层时也容易产生晶间缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种间歇式加热制备分离膜的方法。利用该方法减少较大晶体颗粒与非晶颗粒进入或嵌入膜层，提高晶体颗粒大小均匀度，降低膜层厚度和避免晶间缺陷产生，所制备的分离膜更薄且无缺陷。该方法可以推广用于目前所有已知可合成出的分子筛膜、金属有机骨架膜或其它新型无机膜的制备过程中，具有很强的通用性、易用性和实用性。
本发明的目的是采用如下技术方案来实现的：
一种间歇式加热制备分离膜的方法，具体步骤如下：
步骤一：间歇式加热合成准备；
将多孔基质材料与合成液置于反应釜中，密封反应釜并将反应釜置于加热设备中；
步骤二：间歇式加热过程；
将反应釜置于加热设备中，加热设备在某一温度加热一段时间后，突然停止设备加热，等待一段时间后，恢复设备加热一段时间，以此将停止设备加热一段时间和恢复设备加热一段时间这一间歇式加热过程执行单次或多次，整个间歇式加热过程中反应釜一直处于加热设备中，不对反应釜做额外处理；
步骤三：样品后处理；
待反应结束后，从反应釜中取出基质材料用清水冲洗至洁净，再经过干燥后得到分离膜。
本发明的上述技术方案中，在所述步骤一中多孔基质材料可进行预涂晶核、功能化修饰、改性或其它预处理。
本发明的上述技术方案中，在步骤一之前，在多孔基质材料外表面制备丝光分子筛膜，并用热浸渍法预先在多孔基质材料表面引入丝光分子筛晶核。
本发明的上述技术方案中，在所述步骤一中多孔基质材料的材质为无机物、有机物或复合材料。
本发明的上述技术方案中，在所述步骤一中多孔基质材料的形状为平板式、管式、圆片式、方块式、毛细管式或中空纤维式。
本发明的上述技术方案中，步骤一中所述多孔基质材料为多孔氧化铝管
本发明的上述技术方案中，步骤一中所述合成液按照1(SiO2):0.24(Na2O):0.06(Al2O3):125(H2O):0.25(NaF)摩尔配比配置而成。
本发明的上述技术方案中，在所述步骤二中加热设备为微波加热设备、电磁加热设备或电加热设备。
发明的上述技术方案中，在所述步骤二中某一温度的范围为20-250℃；
本发明的上述技术方案中，在所述步骤二中一段时间的范围均为1min-48h；
本发明的上述技术方案中，在所述步骤二中单次或多次为1-10000次。
本发明的上述技术方案中，在所述步骤三中分离膜为分子筛膜、陶瓷膜、金属膜、金属氧化物膜、金属有机骨架膜或其它新型无机膜，优选为分子筛膜、金属有机骨架膜。
本发明的上述技术方案中，在所述步骤三中分离膜可用于气体分离、液体分离、离子分离或膜催化。
本发明的技术效果和优点：
1、对于间歇式加热方式，反应釜在加热设备中以某一温度反应时，突然停止设备加热，反应釜中的温度势必下降，而在合成液温度下降过程中，部分尺寸较大晶体颗粒与非晶颗粒将会沉降至反应釜底部，反应釜中体相的合成液浓度也会下降，待加热设备恢复加热后，进入或嵌入膜层中的尺寸较大晶体颗粒与非晶颗粒将会减少，有利于降低膜层厚度和避免晶间缺陷的形成，从而有利于制备出薄且无缺陷的分离膜，另一方面，由于体相中合成液浓度的降低将减少新晶核的产生，减少不同尺寸大小晶体颗粒的形成，提高晶体颗粒尺寸大小的均匀度，有利于进一步降低膜层厚度和避免晶间缺陷产生，从而更有利于制得更薄且无缺陷的分离膜。
2、本发明的技术方案，间歇式加热过程可有利于制备出薄且无缺陷的分离膜，亦可进一步缩短制备高质量分离膜的合成时间。
附图说明
图1实施例1中多孔氧化铝管的表面SEM图；
图2实施例1中多孔氧化铝管的截面SEM图；
图3实施例1所制备丝光分子筛膜的表面SEM图；
图4实施例1所制备丝光分子筛膜的截面SEM图。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。下述实施例中，如无特殊说明，所使用的实验方法均为常规方法，所用材料、试剂等均可从生物或化学公司购买，以下结合技术方案进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例1
以多孔氧化铝管为多孔基质材料，在管外表面制备丝光分子筛膜：
(1)用热浸渍法预先在多孔基质材料表面引入丝光分子筛晶核；
(2)按照1(SiO2):0.24(Na2O):0.06(Al2O3):125(H2O):0.25(NaF)摩尔配比配置合成液；
(3)将(1)中处理后的多孔基质材料垂直放入反应釜中，再缓慢加入(2)中得到的合成液；
(4)密封反应釜后置于加热设备中，加热设备设置温度为175℃，反应釜在加热设备中加热2.5h后，突然停止设备加热，待2.5h后，恢复设备加热，待1.5h后将反应釜从加热设备中取出。
(5)将多孔基质材料从反应釜中取出，经洗涤、干燥得到薄且无缺陷的丝光分子筛膜。膜层致密，膜层厚度约为1.9μm，形貌如添加的表面和截面SEM图。
将丝光分子筛膜用于渗透汽化90wt％异丙醇脱水，表现出优异的异丙醇脱水分离性能，渗透通量为5.57kg/(m2h)，相应的分离因子高于10000。
实施例2
以多孔氧化铝管为多孔基质材料，在管外表面制备丝光分子筛膜：
(1)用热浸渍法预先在多孔基质材料表面引入丝光分子筛晶核；
(2)按照1(SiO2):0.24(Na2O):0.06(Al2O3):125(H2O):0.25(NaF)摩尔配比配置合成液；
(3)将(1)中处理后的多孔基质材料垂直放入反应釜中，再缓慢加入(2)中得到合成液；
(4)密封反应釜后置于加热设备中，加热设备设置温度为175℃，反应釜在加热设备中连续加热6.5h。
(5)反应结束后，将多孔基质材料从反应釜中取出，经洗涤、干燥得到丝光分子筛膜。膜层不致密，存在明显缺陷，膜层厚度超过4μm。
将丝光分子筛膜用于渗透汽化90wt％异丙醇脱水，表现出差的异丙醇脱水分离性能，渗透通量低于2.60kg/(m2h)，相应的分离因子低于80。
Claims (10)
1.一种间歇式加热制备分离膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将多孔基质材料与合成液置于反应釜中，密封反应釜并将反应釜置于加热设备中；
步骤二：执行间歇式加热过程单次或多次；
其中，加热设备在某一温度加热一段时间后，突然停止设备加热，等待一段时间后，恢复设备加热一段时间，以此将停止设备加热一段时间和恢复设备加热一段时间称为间歇式加热过程；
步骤三：待反应结束后，从反应釜中取出基质材料用清水冲洗至洁净，再经过干燥后得到分离膜。
2.根据权利要求1所述的一种间歇式加热制备分离膜的方法，其特征在于，在步骤一之前，对所述多孔基质材料进行预涂晶核、功能化修饰、改性预处理。
3.根据权利要求1所述的一种间歇式加热制备分离膜的方法，其特征在于，在步骤一之前，在多孔基质材料外表面制备丝光分子筛膜，并用热浸渍法预先在多孔基质材料表面引入丝光分子筛晶核。
4.根据权利要求1所述的一种间歇式加热制备分离膜的方法，其特征在于，步骤一中所述多孔基质材料的材质为无机物、有机物或复合材料。
5.根据权利要求1所述的一种间歇式加热制备分离膜的方法，其特征在于，步骤一中所述多孔基质材料为多孔氧化铝管。
6.根据权利要求1所述的一种间歇式加热制备分离膜的方法，其特征在于，步骤一中所述合成液按照1(SiO2):0.24(Na2O):0.06(Al2O3):125(H2O):0.25(NaF)摩尔配比配置而成。
7.根据权利要求1所述的一种间歇式加热制备分离膜的方法，其特征在于，步骤二中所述某一温度的范围为20-250℃。
8.根据权利要求1所述的一种间歇式加热制备分离膜的方法，其特征在于，步骤二中所述一段时间的范围均为1min-48h。
9.根据权利要求1所述的一种间歇式加热制备分离膜的方法，其特征在于，步骤三中所述分离膜为分子筛膜、陶瓷膜、金属膜、金属氧化物膜、金属有机骨架膜。
10.根据权利要求1所述的一种间歇式加热制备分离膜的方法，其特征在于，步骤三中所述分离膜可用于气体分离、液体分离、离子分离或膜催化。
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