一種有機無機複合膜及其製備方法
2023-05-11 16:08:51 1
專利名稱：一種有機無機複合膜及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種可用於滲透汽化的有機無機複合膜及其製備方法。
背景技術：
近年來開發的滲透汽化技術是一有相變的膜滲透過程，在液體混合物中組分蒸汽分壓差的推動下，利用組分通過緻密膜溶解和擴散速度的不同實現分離的過程。在一定條件下滲透汽化膜的選擇性可以非常高，因此對某些用常規分離方法能耗高，或費用高的分離體系，特別是近沸、恆沸混合物的分離，滲透汽化技術常可發揮它的優勢。膜材料是滲透汽化分離技術的關鍵，也是膜技術的核心。近年來，針對有機膜穩定性差、不易清洗和無機膜造價高，不耐強鹼等缺陷，發展出性能良好的有機無機複合膜是研究的一個熱點。複合膜的分離層厚度對被分離組分的滲透通量影響很大，膜的選擇性也與分離層的厚度有關。為了提高膜的性能，複合膜在有支撐層的前提下，分離層應控制在適當厚度。目前，有機無機複合膜的製備方法通常有溶膠-凝膠法、有機聚合物部分熱解法、納米技術共聚法、化學氣相沉積法、聚合物溶液沉積法、等離子體接枝聚合法、旋轉塗膜法、相轉化法等。這些方法大多數製備工藝複雜，適用範圍窄。
發明內容
本發明的目的是提供一種新的有機無機複合膜及其製備方法。
本發明的有機無機複合膜是由交替沉積在片狀或管狀支撐體表面的銨鹽或胺類聚電解質陽離子和蒙脫土陰離子組成。
所說的銨鹽聚電解質陽離子可以是聚二丙烯基二甲基銨氯化物離子、聚烯丙基氯化銨等，所說的胺類聚電解質陽離子可以是聚乙烯胺、聚乙烯亞胺等。
本複合膜中的支撐體採用膜領域中常用的無機陶瓷基體或有機材料基體，如聚丙烯腈、尼龍等材料。
本有機無機複合膜的製備方法包括下列步驟(1)按1wt％～10wt％濃度將蒙脫土投入水中混合，超聲分散成懸浮液，過濾後得到清液，清液稀釋到0.1wt％～0.5wt％作為陰離子溶液；(2)配製單體濃度為0.005～0.05M的一種銨鹽或胺類聚電解質陽離子水溶液；(3)將支撐體浸在高純水中；(4)將步驟(3)浸水後的支撐體首先浸入步驟(2)配製的聚電解質陽離子水溶液中1～30min，由於靜電作用使表面形成帶正電的膜層，取出後用水衝洗1～10min，除去表面粘附物(聚離子和小分子電解質離子)，浸入步驟(1)配製的陰離子水溶液中1～30min，使表面吸附帶負電的膜層，接著用水衝洗1～10min；反覆重複上述步驟，直到達到所需厚度的複合膜。
本發明由帶相反電荷的電解質在液/固界面通過靜電作用交替沉積而形成分離層厚度可控的有機無機複合膜。這種有機無機複合膜用於滲透汽化分離恆沸或近沸混合物，效果良好。本有機無機複合膜的製備方法不僅實現分子尺寸範圍內的一維控制，而且可以通過引入功能基團或誘導功能基團取向，控制表面性質及界面擴散等方法，使其具有一定的結構和功能，實現膜的功能化。同時，該法對設備和原材料沒有特殊的要求，製備方法簡單，能耗低，重複性好，適用範圍廣，無環境汙染。
圖1是在聚丙烯腈/聚對苯二甲酸乙二醇酯(PAN/PET)支撐體上沉積60層的聚二丙烯基二甲基銨氯化物/蒙脫土(PDADMAC/Clay)複合膜的表面掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
圖2是不同層數的聚二丙烯基二甲基銨氯化物/蒙脫土(PDADMAC/Clay)複合膜的紫外可見吸收光譜圖。
具體實施例方式
實施例1將10～100g蒙脫土溶於1L去離子水中，經超聲分散一定時間後的懸浮液過濾，得到的清液再稀釋到0.1wt％～0.5wt％作為陰離子溶液。配製單體濃度0.005～0.05M的聚二丙烯基二甲基銨氯化物(PDADMAC)的水溶液作為陽離子溶液。將等離子體處理的帶負電的聚丙烯腈/聚對苯二甲酸乙二醇酯支撐體(PAN/PET)浸在高純水中約1小時後，先將其浸入陽離子溶液1～30min，由於靜電作用在表面形成帶正電的膜層，接著取出用水衝洗1～10min，洗除表面粘附的聚離子和小分子電解質離子，不經乾燥直接浸入陰離子溶液1～30min，形成帶負電的膜層，再水洗1～10min，完成上述的一個循環為一層。反覆重複上述的循環過程，可得到不同厚度的複合膜。
所製得的60層複合膜的表面SEM圖見圖1。
製備出的不同層數的PDADMAC/Clay膜的紫外可見吸收光譜圖見圖2。圖中橫坐標為吸收光波長，縱坐標為光吸收度。可以看出，隨著複合膜層數(n)的增加，光吸收度逐漸增加。
權利要求
1.一種有機無機複合膜，其特徵是由交替沉積在片狀或管狀支撐體表面的銨鹽或胺類聚電解質陽離子和蒙脫土陰離子組成。
2.根據權利要求1所述的所說的有機無機複合膜，其特徵是所說的銨鹽聚電解質陽離子是聚二丙烯基二甲基銨氯化物離子或聚烯丙基氯化銨，所說的胺類聚電解質陽離子是聚乙烯胺或聚乙烯亞胺。
3.權利要求1的複合材料膜的製備方法，其特徵是包括下列步驟(1)按1wt％～10wt％濃度將蒙脫土投入水中混合，超聲分散成懸浮液，過濾後得到清液，清液稀釋到0.1wt％～0.5wt％濃度作為陰離子溶液；(2)配製單體濃度為0.005～0.05M的一種銨鹽或胺類聚電解質陽離子水溶液；(3)將支撐體浸在高純水中；(4)將步驟(3)浸水後的支撐體首先浸入步驟(2)配製的聚陽離子水溶液中1～30min，由於靜電作用使表面形成帶正電的膜層，取出後用水衝洗1～10min，除去表面粘附的聚離子和小分子電解質離子，浸入步驟(1)配製的陰離子水溶液中1～30min，使表面吸附帶負電的膜層，接著用水衝洗1～10min；重複上述步驟，直到達到所需厚度的複合膜。
全文摘要
本發明涉及一種有機無機複合膜，主要用於近沸或恆沸混合物的滲透汽化分離領域，該有機無機複合膜是由交替沉積在片狀或管狀支撐體表面的銨鹽或胺類聚電解質陽離子和蒙脫土陰離子組成。本複合膜的製備是將帶負電的支撐體交替地浸入聚電解質陽離子溶液和蒙脫土陰離子溶液中，由帶相反電荷的電解質在液/固界面通過靜電作用交替沉積成膜，每次浸漬後衝洗除去表面粘附的聚離子和小分子電解質離子。本複合膜通過控制浸漬次數來控制複合膜的層數，從而實現對膜厚度的控制。
文檔編號B01D69/12GK1698938SQ200510038719
公開日2005年11月23日 申請日期2005年4月6日 優先權日2005年4月6日
發明者徐南平, 金萬勤, 相裡粉娟, 陳禕瑋 申請人:南京工業大學