一種界面改性提高有機無機復合膜性能的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種界面改性提高有機無機復合膜性能的方法，更具體地說，是通過支撐體的接枝改性來調(diào)控有機層與無機支撐體的界面結合強度。
【背景技術】
[0002]滲透汽化是一種新型的液體混合物分離技術，該技術具有綠色節(jié)能，操作簡單，經(jīng)濟效益高等特點，便于與其他工業(yè)技術進行耦合，廣泛應用于氣體分離、物料分離和水處理。在滲透汽化分離方法的研宄中，提高膜的選擇性和通量是非常關鍵的，而分離層與支撐層之間的界面結合強度又決定復合膜的在混合物中實際應用的長期穩(wěn)定性。因此，為同時提高膜的滲透汽化性能及長期穩(wěn)定性，改性研宄是目前滲透汽化復合膜的研宄的熱點。目前廣泛用于改性的方法包括填充法、表面改性法、引入過渡層。填充法主要是在聚合物中填充沸石分子篩、硅石等，但填充法對填充量、顆粒大小及處理方式等都有嚴格的要求。表面改性法是對膜表面進行處理，以改變膜表面的親疏水性，該方法能一定程度上提高膜的分離性能，卻無法同時提高膜結構穩(wěn)定性。在膜層與支撐體間引入過渡層，雖可提高復合膜分離性能及界面結合力，但操作步驟較為復雜。
[0003]無機陶瓷支撐體具有耐熱耐寒耐溶劑性，且傳質(zhì)阻力低，機械強度高常應用于制備滲透汽化復合膜。通過對無機支撐體表面進行改性，因為硅烷是低表面能物質(zhì)，能提高無機陶瓷支撐體的表面疏水性，提高與聚合物的相容性，提高分離層與支撐層之間的界面結合性能，抑制復合膜在溶液中的溶脹。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決分離層與支撐層界面結合強度問題，提出了一種界面改性提高有機無機復合膜性能的方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術方案是:多孔陶瓷支撐的聚合物復合膜的制備方法是由硅烷改性后的無機支撐體和沉積于支撐體一側的表面的聚合物組成。
[0006]本發(fā)明的具體方案為:一種界面改性提高有機無機復合膜性能的方法，具體步驟如下:
[0007](I)配置硅烷改性液，其中硅烷與有機溶劑的質(zhì)量比為1: (8?40)；
[0008](2)將無機陶瓷支撐體放入步驟(I)配置的硅烷改性液中，在60?90°C下處理I?4小時；從改性液中取出支撐體，放入烘箱中，在100?120°C條件下處理3?5小時；得到硅烷改性的陶瓷支撐體；
[0009](3)將分離層所用的聚合物溶解于溶劑中，配置成涂膜溶液；
[0010](4)用浸漬提拉法將聚合物涂膜溶液涂覆在硅烷改性的無機陶瓷支撐體上，涂膜時間為20?60秒，涂完后將涂膜后的無機陶瓷支撐體在烘箱中處理，處理溫度為80?120°C，處理時間為I?3天；得到多孔陶瓷支撐的復合膜。
[0011]優(yōu)選上述的無機陶瓷支撐體至少為莫來石、21102、5102、41203、1^02或2102的一種。優(yōu)選無機陶瓷支撐體為片式、管式或中空纖維式的一種。優(yōu)選無機陶瓷支撐體平均孔徑為50 ?500nm。
[0012]優(yōu)選上述的硅烷是辛烷基三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基娃燒、十一■燒基二甲氧基娃燒、十八燒基二甲氧基娃燒、十八燒基二乙氧基娃燒、正辛基二氣娃燒、十二燒基二氣娃燒、十六燒基二氣娃燒、y _氛丙基二甲氧基、苯氛基甲基二乙氧基硅烷或苯氨基甲基三甲氧基硅烷中的一種。
[0013]優(yōu)選步驟(I)中的溶劑為無水乙醇、甲苯或二甲苯中的一種。
[0014]優(yōu)選步驟(3)中所述的聚合物為聚二甲基硅氧烷、殼聚糖、聚醚嵌段酰胺、聚乙烯醇、聚辛基三甲氧基硅烷或聚三甲基硅丙炔中的任意一種；步驟(3)中的溶劑為甲醇、乙醇、環(huán)己烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、苯、甲苯、二甲苯、正丁醇、三氯甲烷或四氫呋喃中的任意一種。優(yōu)選步驟(3)中聚合物與溶劑的質(zhì)量比為1: (10?20)。優(yōu)選涂膜溶液的粘度為10 ?10mPa.S。
[0015]有益效果:
[0016]本發(fā)明方法利用硅烷對多孔陶瓷支撐體進行改性，改性前后多孔陶瓷支撐體表面由親水變?yōu)槭杷佑|角顯著增加，無機支撐體與聚合物膜的相容性得到提高。經(jīng)過硅烷改性的無機陶瓷支撐體，按上述的制備方法得到有機無機復合膜，應用于滲透汽化操作中，能夠顯著提高選擇性，并提高聚合物與無機材料界面結合強度。本發(fā)明的方法工藝簡單，成本低廉，方法穩(wěn)定可靠，適用范圍廣。
【附圖說明】
[0017]圖1為實例I制得的復合膜斷面的電子顯微鏡照片。
【具體實施方式】
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[0018]實施例1:
[0019](I)將辛烷基三乙氧基硅烷和甲苯以1:8的質(zhì)量比混合配置硅烷改性液。
[0020](2)將平均孔徑為200nm的管式ZrO2Al2O3放置于改性液中，在60°C條件下處理2h，從改性液中取出支撐體，放入烘箱中，在110 °C處理4h。
[0021](3)取4g聚二甲基硅氧烷和60g正己烷，攪拌均勻靜置即可得到PDMS涂膜液。
[0022](4)當涂膜液粘度為10mPa *s時，用浸漬提拉法在管式陶瓷支撐體外側涂覆涂膜液，涂膜時間為40s，涂完后將膜在烘箱中處理，處理時間為80°C，時間為I天。所制得的復合膜斷面的電子顯微鏡照片如圖1所示。
[0023]比較例1:
[0024](I)取4g聚二甲基硅氧烷和60g正己烷，攪拌均勻靜置即可得到PDMS涂膜液。
[0025](2)當涂膜液粘度為10mPa *s時，用浸漬提拉法在管式陶瓷支撐體外側涂覆涂膜液，涂膜時間為40s，涂完后將膜在烘箱中處理，處理時間為80°C，時間為I天。
[0026]測定本例制備的復合膜對于乙醇水溶液的滲透汽化性能，當料液中乙醇的濃度為5%時，支撐體未改性的復合膜的滲透通量為450g/m2h，分離因子為5。硅烷改性后制備的復合膜滲透通量為600g/m2h，分離因子為7。利用納米劃痕測試分離層與支撐層之間的界面結合強度，臨界載荷提高了 65%。
[0027]實施例2:
[0028](I)將十二烷基三乙氧基硅烷和二甲苯以1:30的質(zhì)量比混合配置硅烷改性液。
[0029](2)將平均孔徑為50nm的片式1102放置于改性液中，在70°C條件下處理2h，從改性液中取出支撐體，放入烘箱中，在120 °C處理3h。
[0030](3)取5g聚辛基三甲基硅氧烷(POMS)和70g正辛烷，攪拌均勻靜置即可得到POMS涂膜液。
[0031](4)當涂膜液粘度為50mPa-s時，用浸漬提拉法在片式T12支撐體外側涂覆涂膜液，涂膜時間為60s，涂完后將膜在烘箱中處理，處理時間為100°C，時間為2天。
[0032]比較例2:
[0033](I)取5g聚辛基三甲基硅氧烷(POMS)和70g正辛烷，攪拌均勻靜置即可得到POMS涂膜液。
[0034](2)當涂膜液粘度為50mPa-s時，用浸漬提拉法在片式T12支撐體外側涂覆涂膜液，涂膜時間為60s，涂完后將膜在烘箱中處理，處理時間為100°C，時間為2天。
[0035]測定本例制備的復合膜對于乙醇水溶液的滲透汽化性能，當料液中乙醇的濃度為5%時，支撐體未改性的復合膜的滲透通量為511g/m2h，分離因子為5.2。娃燒改性后制備的復合膜滲透通量為750g/m2h，分離因子為7.8。利用納米劃痕測試分離層與支撐層之間的界面結合強度，臨界載荷提高了 50%。
[0036]實施例3:
[0037](I)將十六烷基三甲氧基硅氧烷和無水乙醇以1:40的質(zhì)量比混合配置硅烷改性液。
[0038](2)將平均孔徑為300nm的中空纖維式Al2O3放置于改性液中，在60°C條件下處理4h，從改性液中取出支撐體，放入烘箱中，在100 °C處理4h。
[0039](3)取3g殼聚糖(CS)和50g正庚烷，攪拌均勻靜置即可得到CS涂膜液。
[0040](4)當涂膜液粘度為20mPa.s時，用浸漬提拉法在中空纖維式Al2O3支撐體外側涂覆涂膜液，涂膜時間為30s，涂完后將膜在烘箱中處理處理時間為120°C，時間為3天。
[0041]