專利名稱：一種有機無機復(fù)合憎水膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從水中分離有機物的有機無機復(fù)合憎水膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
滲透汽化是一種新型的液體混合物分離技術(shù)，該技術(shù)是在組分蒸汽分壓差的推動下，利用組分通過致密膜溶解和擴散速度的不同實現(xiàn)組分的分離過程。它具有高效、高適應(yīng)性、低能耗、易放大、易與其它過程耦合和集成、操作方便、不污染產(chǎn)品和環(huán)境，并可用于分離熱敏性物質(zhì)的特點。目前，用生物發(fā)酵法生產(chǎn)的乙醇被認(rèn)為是一種很有前景的可再生能源，但在發(fā)酵過程中，需要及時不斷從發(fā)酵液中分離出酒精；另外，從工業(yè)廢水中分離和回收揮發(fā)性的苯、甲苯、酚、含鹵有機物等有機溶劑是解決環(huán)境污染的有效途徑，而滲透汽化技術(shù)非常適用于乙醇提濃及從廢水中分離有機物的過程，此滲透汽化采用的憎水膜材料通常選用極性低、表面能小和溶解度參數(shù)小的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯、有機硅聚合物、含氟聚合物、纖維素衍生物和聚苯醚等單一膜。盡管憎水膜的研究開發(fā)已有幾十年的歷史，但膜的分離系數(shù)和通量還有待進一步提高。此外，單一的有機憎水膜不耐高溫和有機溶劑，易堵塞，不宜清洗，而單一無機憎水膜有不耐強堿，脆性大，彈性小等缺點。因此開發(fā)性能良好的復(fù)合憎水膜材料是當(dāng)前的一個研究方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用滲透汽化技術(shù)從水中分離有機物的有機無機復(fù)合憎水膜，彌補單一材料膜的缺陷和發(fā)展單一膜的性能。
本發(fā)明的有機無機復(fù)合憎水膜是由無機陶瓷支撐體和沉積于支撐體一側(cè)表面的有機聚二甲基硅氧烷層組成，所說的無機陶瓷支撐體可以是莫來石、Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2中的一種材料或一種以上復(fù)合材料制成的管狀體或片狀體。
本有機無機復(fù)合憎水膜的制備，包括下列步驟(1)將無機陶瓷支撐體清洗干凈；(2)將聚二甲基硅氧烷溶于正庚烷中，加入交聯(lián)劑正硅酸乙酯，聚二甲基硅氧烷、正庚烷、正硅酸乙酯三者的重量比為1∶1～5∶0.01～0.1，經(jīng)超聲分散均勻后滴加數(shù)滴固化劑二丁基二月桂酸錫，攪拌均勻后，靜置脫泡即得涂膜液；(3)將步驟(2)制備的涂膜液涂覆于無機陶瓷支撐體一側(cè)，使涂膜液沉積于支撐體表面；(4)將涂好的復(fù)合膜置于室溫下固化交聯(lián)1～7天，在120℃下干燥4h，然后在丙酮中浸泡半小時后再于120℃下干燥4h。
對于管狀無機陶瓷支撐體，其外膜的涂覆方法是將無機陶瓷的兩端堵塞后浸漬于涂膜液中，浸漬過程可進行1次或1次以上，每次浸漬時間為1～10分鐘。
對于管狀無機陶瓷支撐體，其內(nèi)膜的涂覆方法是將涂膜液輸入到管狀無機陶瓷管的管內(nèi)，并使其在管內(nèi)停留時間為1～10分鐘，涂膜過程可進行1次或1次以上。
對于片狀無機陶瓷支撐體，其涂覆方法是將無機陶瓷支撐體固定于旋轉(zhuǎn)涂膜機上，將涂膜液加于無機陶瓷支撐體上表面，然后膜液隨著支撐體的旋轉(zhuǎn)而均勻擴散并沉積于支撐體表面，涂膜過程可進行1次或1次以上。
采用不同粘度的涂膜液、不同的涂膜次數(shù)或不同的浸漬時間，所得復(fù)合膜的有機層厚度不同。
本有機無機復(fù)合膜不但有制備方法簡單，對無機撐體的要求不高，耐高溫，溶脹小等優(yōu)點，而且膜性能可優(yōu)于文獻(xiàn)報道的各種有機硅聚合物的膜性能。


圖1是以管狀莫來石為撐體的外復(fù)合膜的斷面掃描電子顯微鏡圖。
圖中左側(cè)的明亮部分是無機莫來石支撐體層，右側(cè)陰暗部分是沉積在無機莫來石表面的聚二甲基硅氧烷有機層。
圖2是以Al2O3/ZrO2為撐體的內(nèi)復(fù)合膜的斷面掃描電子顯微鏡圖。
圖中最左側(cè)的部分是Al2O3層，中間部分是ZrO2層，右側(cè)陰暗部分表示沉積在無機陶瓷表面的聚二甲基硅氧烷有機層。
具體實施例方式
實施例1將40g聚二甲基硅氧烷溶于80mL正庚烷，加入4g正硅酸乙酯，用超聲分散均勻后，再加入8滴二丁基二月桂酸錫攪拌均勻，靜置脫泡，制成涂膜液。在管狀莫來石撐體上采用浸漬法涂外膜，涂膜一次，涂膜時間1min。將涂好的復(fù)合膜室溫交聯(lián)固化一天后，在120℃下干燥4h，然后在丙酮中浸泡半小時后再于120℃下干燥4h。
將本例制得的復(fù)合膜置于60℃，濃度為4.24wt％的乙醇水溶液中，在520Pa的真空條件下，測得膜的總滲透通量為60g·m-2·h-1，分離系數(shù)為98。
實施例2將50g聚二甲基硅氧烷PDMS溶于150mL正庚烷，加入4g正硅酸乙酯TEOS，用超聲分散均勻后，再加入10滴二丁基二月桂酸錫攪拌均勻，靜置脫泡得涂膜液。在片狀莫來石撐體上采用旋轉(zhuǎn)法涂膜，涂膜三次，每次涂膜時間1min。將涂好的復(fù)合膜室溫交聯(lián)固化一天后，在120℃下干燥4h，然后在丙酮中浸泡半小時后再于120℃下干燥4h。
將本例制得的復(fù)合膜置于70℃，濃度為10.12wt％的乙醇水溶液中，440Pa的真空條件下，測得膜的總滲透通量為420g·m-2·h-1，分離系數(shù)為9.1。
實施例3將30g聚二甲基硅氧烷PDMS溶于180mL正庚烷，加入3g正硅酸乙酯TEOS，用超聲分散均勻后，再加入6滴二丁基二月桂酸錫攪拌均勻，靜置脫泡得涂膜液。在管狀A(yù)l2O3撐體上采用浸涂法涂外膜，涂膜三次，每次涂膜時間1min。將涂好的復(fù)合膜室溫交聯(lián)固化一天后，在120℃下干燥4h，然后在丙酮中浸泡半小時后再于120℃下干燥4h。
將本例制得的復(fù)合膜置于60℃，濃度為0.97wt％的乙醇水溶液中，480Pa的真空條件下，測得膜的總滲透通量為124g·m-2·h-1，分離系數(shù)為14.4。
權(quán)利要求
1.一種有機無機復(fù)合憎水膜，其特征是由無機陶瓷支撐體和沉積于支撐體一側(cè)的有機聚二甲基硅氧烷層組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機無機復(fù)合憎水膜，其特征是所說的無機陶瓷支撐體是由莫來石、Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2中的一種材料或一種以上復(fù)合材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機無機復(fù)合憎水膜，其特征是所說的無機陶瓷支撐體是管狀體或片狀體。
4.一種權(quán)利要求1的有機無機復(fù)合憎水膜的制備方法，其特征是按下步驟進行(1)將無機陶瓷支撐體清洗干凈；(2)將聚二甲基硅氧烷溶于正庚烷中，加入交聯(lián)劑正硅酸乙酯，聚二甲基硅氧烷、正庚烷、正硅酸乙酯三者的重量比為1∶1～5∶0.01～0.1，超聲分散均勻后滴加數(shù)滴固化劑二丁基二月桂酸錫，攪拌均勻靜置脫泡后即得涂膜液；(3)將步驟(2)制備的涂膜液涂覆于無機陶瓷支撐體一側(cè)，使涂膜液沉積于支撐體表面；(4)將涂好的復(fù)合膜置于室溫下固化交聯(lián)1～7天，在120℃下干燥4h，然后在丙酮中浸泡半小時后再于120℃下干燥4h。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的有機無機復(fù)合憎水膜的制備方法，其特征是步驟(3)的涂膜過程是將管狀無機陶瓷的兩端堵塞后浸漬于涂膜液中1次或1次以上，每次浸漬時間為1～10分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的有機無機復(fù)合憎水膜的制備方法，其特征是步驟(3)的涂膜過程是將涂膜液輸入到管狀無機陶瓷管里，涂膜1次或1次以上，每次停留時間為1～10分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的有機無機復(fù)合憎水膜的制備方法，其特征是步驟(3)的涂膜過程是將片狀無機陶瓷支撐體固定于旋轉(zhuǎn)涂膜機上，將涂膜液加于支撐體上表面，通過旋轉(zhuǎn)使膜液均勻擴散并沉積于支撐體表面，涂膜1次或1次以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有機無機復(fù)合憎水膜，用于從水溶液中分離乙醇或其它有機物。它由無機陶瓷支撐體和沉積于支撐體一側(cè)的有機聚二甲基硅氧烷層組成。本發(fā)明復(fù)合膜的制備是先將聚二甲基硅氧烷溶于正庚烷中，加入交聯(lián)劑正硅酸乙酯，三者的重量比為1∶1～5∶0.01～0.1，超聲分散均勻后滴加固化劑二丁基二月桂酸錫，攪拌均勻靜置脫泡后得涂膜液；將涂膜液沉積在無機陶瓷支撐體的一側(cè)，固化交聯(lián)數(shù)天后，加熱干燥處理，然后在丙酮中浸泡半小時，再加熱干燥處理后得到本復(fù)合膜。本復(fù)合膜制備方法簡單，對無機撐體的要求不高，耐高溫，溶脹小，膜性能優(yōu)。
文檔編號B01D71/00GK1724127SQ20051004055
公開日2006年1月25日 申請日期2005年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月16日
發(fā)明者徐南平, 金萬勤, 相里粉娟, 陳祎瑋 申請人:南京工業(yè)大學(xué)