[發明專利]具有識別堿金屬離子的功能復合膜及其制備方法

有效

• 申請號: 200910237891.1
• 申請日: 2009-11-20
• 公開（公告）號: CN102068926A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 王麗華;張信信;贠延濱;劉必前
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: B01D71/70
• 分類號: B01D71/70;B01D69/12;B01D69/10;B01D69/06;C02F1/44
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明屬于功能高分子材料領域，特別涉及一種具有識別堿金屬離子的功能復合膜及其制備方法。

背景技術

在當今世界能源、水資源短缺、水和環境污染日益嚴重的情況下，膜分離科學與技術的研究得到了世界各國的高度重視，已成為實現經濟可持續發展戰略支撐技術的主要組成部分。迄今，膜科學技術雖然已經得到了長足的發展，但傳統功能膜的透過性能基本上與環境因素無關，而自然界卻有許多具有環境響應行為的智能膜。智能膜是指能夠感知和接受外部環境的信息如聲、光、電、磁、pH值、溫度以及化學物質等，并能根據環境信息變化自動改變自身狀態和作出反應的新型膜。

由于智能膜在控制釋放、化學分離、生物分離、化學傳感器、人工細胞、人工臟器、水處理等許多領域具有重要的潛在應用價值，被認為將是21世紀膜科學與技術領域的重要發展方向之一。目前智能膜已成為國際上膜科學領域研究的新熱點。

目前國內外研究較多的是對溫度、pH值響應的智能膜，采用的方法大多是相轉變法、熱引發法或輻照的方法，而采用自組裝法形成離子通道，制備對堿金屬離子有特殊作用的智能膜的相關文獻寥寥無幾。近來法國MihailBarboiu的研究小組，在Journal?of?Membrane?Science期刊上發表的“Alkali?cation-πaromatic?conduction?pathways?in?self-organized?hybrid?membranes”中提出用異氰酸丙基三乙氧基硅烷與芳香胺反應合成膜材料，其中芳香胺是：苯胺、對氨基苯酚、對甲氧基苯酚、5-氨基吲哚；此外，該技術方案是通過流涎成型的方法將膜液涂在商用的超濾膜上。該技術存在的缺陷是其合成膜材料的原料及制膜方法局限。而本發明擴大了合成膜材料的原料范圍，并通過旋涂法或共混法制備具有識別堿金屬離子的功能復合膜。

發明內容

本發明的目的是提供一種可以通過分子自組裝形成離子通道的具有成本低的識別堿金屬離子的功能復合膜。

本發明的再一目的是提供一種具有良好識別堿金屬離子的功能復合膜的制備方法，該方法具有可控性，工藝簡單，不需要特殊的制備設備。

本發明的具有識別堿金屬離子的功能復合膜是一種表面致密的復合膜，該表面致密的復合膜是由微孔平板支撐層與其表面涂覆的含有脲基的含硅化合物的致密層(優選含有脲基的含硅化合物的致密層的厚度為5～20μm)所構成；或

該表面致密的復合膜是由含有脲基的含硅化合物與形成微孔支撐層的聚合物共混形成的表面為含有脲基的含硅化合物的致密層(優選含有脲基的含硅化合物的致密層的厚度為(5～20μm)與微孔支撐層所構成；

所述的含有脲基的含硅化合物的致密層中有陽離子通道。

所述的含有脲基的含硅化合物是由異氰酸苯酯或異氰酸苯酯的衍生物與帶有氨基(-NH₂)的烴基硅烷經一步加成反應后得到的化合物。

所述的微孔平板支撐層是聚偏氟乙烯(PVDF)膜、尼龍(PA)膜、聚丙烯腈(PAN)膜、聚芳醚砜(PES-C)膜或聚芳醚酮(PEK-C)膜等。

所述的聚合物是聚偏氟乙烯(PVDF)、尼龍(PA)、聚丙烯腈(PAN)、聚芳醚砜(PES-C)或聚芳醚酮(PEK-C)等。

所述的陽離子通道是交聯的硅氧烷網絡(-Si-O-Si(OH)-Si-)。

所述的微孔平板支撐層中的微孔的平均孔徑優選為0.1～0.5μm。

所述的微孔支撐層中的微孔的平均孔徑優選為0.1～0.5μm。

本發明的具有識別堿金屬離子的功能復合膜的制備方法一，是將一種能夠進行分子自組裝形成離子通道的含有脲基的含硅化合物涂覆在微孔平板支撐層表面后得到的，其制備方法包括以下步驟：

(1)將帶有氨基(-NH₂)的烴基硅烷與異氰酸苯酯或異氰酸苯酯的衍生物按摩爾比為1～2∶1混合并向其中加入苯類溶劑(溶劑的含量優選在80～90wt％的范圍內)，在溫度為40～80℃下混合反應，得到含有脲基的含硅化合物；含有脲基的含硅化合物可通過傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)、核磁共振(H-NMR)、差示掃描量熱儀(DSC)、X-射線粉末衍射(XRD)等手段進行結構表征；