[發(fā)明專(zhuān)利]聚二甲基硅氧烷/聚多巴胺雜化膜及制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210509676.4
• 申請(qǐng)日: 2012-12-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103170258A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜忠義;劉萬(wàn)鵬;潘福生;吳洪;劉冠華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01D71/70
• 分類(lèi)號(hào): B01D71/70;B01D67/00;C10G31/11
• 代理公司: 天津市杰盈專(zhuān)利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及一種分離膜及制備方法和應(yīng)用，尤其涉及一種聚二甲基硅氧烷/聚多巴胺雜化膜及制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

汽油中的硫組分高溫燃燒后將轉(zhuǎn)化為SOx等有害氣體，不僅損害了交通工具引擎，也會(huì)導(dǎo)致環(huán)境破壞。隨著環(huán)境問(wèn)題的日益惡化，以及化石能源需求量的持續(xù)增加，如何控制汽油中有機(jī)硫含量，甚至是實(shí)現(xiàn)燃料的無(wú)硫化已成為大家廣泛研究的問(wèn)題。因此各國(guó)政府紛紛出臺(tái)相關(guān)的法律和標(biāo)準(zhǔn)以限制硫排放。商業(yè)汽油中的硫含量目前在日本和歐洲國(guó)家分別限制在100和200ppm，很快這一限制會(huì)降至30ppm。中國(guó)已經(jīng)立法來(lái)降低汽油中硫含量使之到2010年達(dá)到國(guó)際排放標(biāo)準(zhǔn)，并在2011年在部分地區(qū)提出了更高的國(guó)V排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，研究和開(kāi)發(fā)脫硫技術(shù)，以減少汽油中的硫含量顯然是十分迫切的。已提出了一些解決方案。雖然加氫脫硫（HDS）工藝是目前最有效的方法，但為了達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)所要求達(dá)到的汽油中的硫含量，特別是在噻吩及其衍生物等有機(jī)硫的存在下，其反應(yīng)條件可能會(huì)使烯烴和芳香烴飽和，導(dǎo)致辛烷值的降低和大量氫氣的消耗。在最近幾年，一些課題組基于吸附，萃取和膜分離等工藝，進(jìn)行脫硫的研究，也獲得了很多的關(guān)注。以膜技術(shù)為基礎(chǔ)的滲透蒸發(fā)法脫硫，因?yàn)槠涿黠@的優(yōu)勢(shì)，如降低資本和運(yùn)營(yíng)開(kāi)支，較高的選擇性，以及更容易工業(yè)放大，正獲得越來(lái)越多的關(guān)注。W.R.?Grace?&?Co.-Conan.已應(yīng)用被稱(chēng)為S-Brane以滲透蒸發(fā)為主的技術(shù)以最小的辛烷值損失為代價(jià)生產(chǎn)硫含量小于30mg/L的清潔汽油。這種新工藝的投資成本僅為傳統(tǒng)的脫硫技術(shù)的20％，此外，它大大超過(guò)了加氫脫硫裝置對(duì)汽油的處理量。

到目前為止，脫硫膜材料主要包括聚二甲基硅氧烷，聚乙二醇，聚酰亞胺，和聚脲/聚氨酯。其中，以聚二甲基硅氧烷為主體的膜材料是被廣泛研究的最普遍的能源材料，也是最常用的滲透蒸發(fā)汽油脫硫膜材料之一。這是因?yàn)榫鄱谆柩跬榫哂辛己玫幕瘜W(xué)和熱穩(wěn)定性，優(yōu)秀的成膜特性，與噻吩相似的溶解度以及對(duì)有機(jī)小分子的高滲透性等。但是聚二甲基硅氧烷也同時(shí)面臨著問(wèn)題。由于其較長(zhǎng)的Si-O鍵長(zhǎng)，較大的Si-O-Si鍵角和較低的高分子鏈轉(zhuǎn)動(dòng)能，聚二甲基硅氧烷的鏈鍛過(guò)于柔軟而表現(xiàn)出較低的選擇性滲透和不穩(wěn)定的分離性能。因此對(duì)這類(lèi)材料的改性是非常必要的。改性的方法可分為三類(lèi)：1）對(duì)聚二甲基硅氧烷的表面或主體做化學(xué)改性；2）與其他高分子共混；3）向其主體中加入填充物以制備雜化材料。對(duì)高分子的化學(xué)改性通常會(huì)降低材料的自由體積，進(jìn)而降低其對(duì)目標(biāo)滲透物的滲透性。而且化學(xué)改性的制備條件苛刻，難以實(shí)現(xiàn)。另外高分子共混膜雖然制備簡(jiǎn)便，但是如何兩種高分子不匹配會(huì)導(dǎo)致微相分離，嚴(yán)重降低材料的選擇性。如今很難找到匹配良好的兩種高分子進(jìn)行混合，限制了此方法的普遍性。相比之下，雜化膜的制備方法簡(jiǎn)便，成本低廉，而且由于填充物的多樣性，可以制備出的材料應(yīng)用方位廣泛，因而被廣泛研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種聚二甲基硅氧烷/聚多巴胺雜化膜及制備方法，是一種利用仿生物粘合的制備方法。利用聚多巴胺納米顆粒的生物粘合特性改善高分子與填充物的界面，提高填充物的分散，制備出新結(jié)構(gòu)雜化膜材料。膜材料具有如下主要特點(diǎn)：1）通過(guò)改變制膜配方，可以靈活、有效調(diào)控?zé)o機(jī)粒子形貌及含量；2）無(wú)機(jī)粒子尺寸較小，分散性好，高分子和無(wú)機(jī)粒子之間具有適中的相互作用，可有效消除界面應(yīng)力，避免團(tuán)聚和界面缺陷等非理想性效應(yīng)；3）制備過(guò)程室溫下即可進(jìn)行，易制成超薄膜和實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。可以預(yù)計(jì)，此類(lèi)仿生雜化膜材料將以其精巧可控的多級(jí)結(jié)構(gòu)以及高性能、強(qiáng)穩(wěn)定性而具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用前景。將該方法制得的膜材料用于模擬汽油脫硫，具有較好的分離性能。

本發(fā)明提供的一種聚二甲基硅氧烷/聚多巴胺雜化膜是以聚二甲基硅氧烷、3-氨丙基三甲氧基硅氧烷和多巴胺為原料制備，聚二甲基硅氧烷、3-氨丙基三甲氧基硅氧烷和多巴胺的質(zhì)量比為1:0.1:（0.01～0.07），所制備的雜化膜膜厚為16～24μm，滲透通量最高可達(dá)9.83?kg/m²/h，富集因子最高可達(dá)5.87。

本發(fā)明提供的一種聚二甲基硅氧烷/聚多巴胺雜化膜的制備方法包括以下步驟：

1）30～80℃下以質(zhì)量比為1:500將多巴胺氫鹵化物溶解在去離子水中。在劇烈攪拌下，將氫氧化鈉溶液迅速加入到多巴胺氫鹵化物溶液中，調(diào)節(jié)溶液pH值至7.5～9.0。

2）反應(yīng)1～12小時(shí)后，用以100kDa分子量為標(biāo)準(zhǔn)阻斷的超濾膜過(guò)濾，并先后多次用去離子水和乙醇洗去多巴胺低聚物得到多巴胺納米球形顆粒。最后，把多巴胺納米顆粒置于30～80℃的烘箱中烘干。