[發(fā)明專利]高性能聚電解質(zhì)-納米層狀硅酸鹽復(fù)合物滲透汽化膜的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910153260.1
• 申請(qǐng)日: 2009-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN101698139A
• 公開（公告）日: 2010-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安全福;王雪三;朱美華;趙強(qiáng);錢錦文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D71/00
• 分類號(hào): B01D71/00;B01D69/12;B01D61/36
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聚電解質(zhì)納米材料的制備和膜分離領(lǐng)域，尤其涉及一種高性能 聚電解質(zhì)-納米層狀硅酸鹽復(fù)合物滲透汽化膜的制備方法。

背景技術(shù)

無(wú)機(jī)納米材料與有機(jī)高分子材料復(fù)合，可以提高高分子材料的力學(xué)強(qiáng)度。 在眾多高分子納米雜化材料中，層狀材料與高分子復(fù)合是該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之 一。蒙脫土、高嶺土、滑石、凹凸棒石、海泡石、鐵云母、絹云母、蛭石、鉀 長(zhǎng)石都是層狀硅酸鹽大家族中的成員。它們的晶體結(jié)構(gòu)包含由兩個(gè)硅氧四面體 和一個(gè)鋁氧或鎂氧八面體構(gòu)成的片層。片層厚約1nm，長(zhǎng)寬30nm到數(shù)微米不等， 有些特殊的層狀硅酸鹽甚至更大。這些片層規(guī)則地層疊在一起。片層中存在部 分同位置換，導(dǎo)致片層帶負(fù)電，片層所帶負(fù)電荷由片層間隙中的金屬陽(yáng)子來(lái)平 衡。最常用的層狀硅酸鹽是具有不同化學(xué)組成的蒙脫土，它具有適中的離子交 換容量(80-120mequiv/10g)和層狀結(jié)構(gòu)。由于納米層狀硅酸鹽奇特的物理、化 學(xué)性質(zhì)和潛在的應(yīng)用前景日益受到人們的關(guān)注。目前，層狀材料在高性能材料 和水資源凈化用都進(jìn)行了深入的研究，并取得了很大進(jìn)展。高分子材料與納米 層狀硅酸鹽進(jìn)行復(fù)合，能夠提高材料的力學(xué)性能和阻隔性能等。因此，納米層 狀硅酸鹽-高分子復(fù)合膜是膜分離領(lǐng)域研究的新方向。

滲透汽化(Pervaporation，簡(jiǎn)稱PV)由Kober于1917年提出的，是一種重 要的膜分離過(guò)程。PV是一種利用液體混合物中各組分在致密膜內(nèi)溶解、擴(kuò)散性 能的不同而使之分離的膜過(guò)程。PV于90年代開始實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。與傳統(tǒng)的精餾、 吸附、萃取等分離工藝相比，它具有分離效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、能耗 低等優(yōu)點(diǎn)。PV在近沸點(diǎn)混合物、共沸物和溫度敏感性高的混合體系的分離中更 顯示其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

有機(jī)物脫水普遍存在于化工領(lǐng)域中，如乙醇脫水、異丙醇脫水和丁醇脫水 等體系。許多水溶或親水性高分子被用于有機(jī)物脫水的PV膜研究，如PVA1、 P4VP和PAM等。通過(guò)改性的方法使PVAL帶有荷電性，然后共混，提高了PVAL 膜的性能。

聚電解質(zhì)(天然或合成)是一類含有可離解結(jié)構(gòu)單元的親水或水溶性高分子 材料，其種類繁多且廣泛用于有機(jī)物脫水。由于單一的聚電解質(zhì)水溶性好，膜 的穩(wěn)定性差；通過(guò)交聯(lián)反應(yīng)在一定程度上提高了膜的穩(wěn)定性，但膜滲透性能降 低。據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道，用于有機(jī)物脫水的正-負(fù)聚電解質(zhì)復(fù)合物膜的制備方法 有三種：(1)自組裝方法，即相反電荷的兩種聚電解質(zhì)通過(guò)層層自組裝(LbL)法 制備的自組裝多層膜；(2)共混法，即在酸性條件下，通過(guò)溶液共混法制備兩種 弱聚電解質(zhì)的共混膜；(3)兩次層層涂刮法，其制備工藝是，先在支撐底膜上刮 上一種聚電解質(zhì)鑄膜液，待其微干后在其表面刮涂上第二種帶相反電荷的聚電 解質(zhì)鑄膜液，或?qū)⑵浣氲诙N聚電解質(zhì)溶液中。在雙層復(fù)合物膜的界面處， 正、負(fù)聚電解質(zhì)由于靜電作用，形成了離子交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而提高了雙層復(fù)合物 膜的分離性能，也改善了其機(jī)械力學(xué)性能。聚電解質(zhì)絡(luò)合物通過(guò)大分子陰離子 和陽(yáng)離子庫(kù)侖力作用產(chǎn)生了一定的物理交聯(lián)，不易發(fā)生小分子反離子流失現(xiàn)象， 因此分離性能穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高性能聚電解質(zhì)-納米層狀 硅酸鹽復(fù)合物滲透汽化膜的制備方法。

聚電解質(zhì)-納米層狀硅酸鹽復(fù)合物分離膜的制備方法包括如下步驟：

1)將1.0～10.0質(zhì)量份的陽(yáng)離子聚電解質(zhì)在50～80℃下真空干燥6～10h， 陽(yáng)離子聚電解質(zhì)為：殼聚糖、聚烯丙基胺、聚二甲基烯丙基銨、聚乙烯亞胺、 聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、聚乙烯基吡啶烷基鹵化銨或陽(yáng)離子纖維素；

2)取0.5～5.0質(zhì)量份上述干燥后的陽(yáng)離子聚電解質(zhì)溶解于100～2000質(zhì)量 份水中，加入0.04～0.5質(zhì)量份鹽酸；

3)將0.6～8.0質(zhì)量份的陰離子聚電解質(zhì)在50～80℃下真空干燥6～10h， 陰離子聚電解質(zhì)為：羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酸鈉、海藻酸鈉、聚甲基丙烯酸 鈉或聚磷酸鈉；

4)取0.2～2.0質(zhì)量份上述干燥后的陰離子聚電解質(zhì)溶于100～2000質(zhì)量份 水中，加入0.04～0.5質(zhì)量份鹽酸；

5)將0.02～0.5質(zhì)量份納米層狀硅酸鹽在50～100W超聲下分散于陽(yáng)離子聚 電解質(zhì)溶液中；將包含有納米層狀硅酸鹽的陽(yáng)離子聚電解質(zhì)溶液滴加入陰離子 聚電解質(zhì)溶液中，得到聚電解質(zhì)-納米層狀硅酸鹽復(fù)合物；