[發(fā)明專利]季銨鹽型陽離子聚電解質?陰離子表面活性劑復合物的制備方法及用途

有效

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• 申請日: 2015-05-21
• 公開（公告）號: CN104923079B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發(fā)明（設計）人: 安全福;張平;鄭沛堯
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01D61/36
• 分類號: B01D61/36;B01D71/40;B01D67/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發(fā)明屬于高分子材料制備和膜分離領域，尤其涉及一種季銨鹽型陽離子聚電解質-陰離子表面活性劑復合物的制備方法及用途。

背景技術

滲透汽化(Pervaporation, PV)是一種節(jié)能、高效的膜分離技術，在有機物脫水、水中微量有機物回收和有機混合物體系分離等方面具有明顯的優(yōu)勢。將PV分離技術用于生物發(fā)酵制備醇類生物燃料可顯著提高效率、降低能耗和減小污染。膜材料是膜分離技術研究的核心，研究分離性能優(yōu)異的優(yōu)先透醇膜材料對于推動膜法生物燃料的發(fā)展至關重要。目前，優(yōu)先透醇膜材料主要是含硅聚合物，尤其是橡膠態(tài)聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚三甲基硅丙炔(PTMSP)。PTMSP具有高的選擇性及滲透性，但其操作穩(wěn)定性較差，因此PDMS仍然是目前人們研究最多的優(yōu)先透醇膜材料之一。但PDMS的成膜性、機械性能和通量低（Chem. Technol. Biotechnol. , 2005, 80: 603~629），極大的限制了其工業(yè)化應用。

為了探索高通量新型滲透汽化優(yōu)先透醇膜材料，文獻報導中研究者也進行一些新的透醇膜材料的探索。用親水性聚電解質殼聚糖與聚氧乙烯進行共混，獲得了優(yōu)先透醇膜（J. Appl. Polym. Sci., 1999, 73: 1145-1151），由于聚氧乙烯的加入，使得殼聚糖鏈結構變得疏松，同時也增強了水分子間以氫鍵結合成水分子簇的能力，兩方面共同作用使乙醇優(yōu)先透過膜。然而，這類聚電解質類親水性材料交聯(lián)度低，疏水性差，對乙醇的選擇透過性不高。因此，從滲透汽化溶解-擴散傳質模型出發(fā)，依據(jù)優(yōu)先吸附和透過醇分子的原則，設計出其他非橡膠類的疏水型高自由體積膜材料是十分必要。

聚電解質-表面活性劑復合物（Polyelectrolyte~surfactant complex, PESC）是由聚電解質與帶相反電荷表面活性劑通過靜電作用形成具有穩(wěn)定結構的大分子復合物。文獻報道將了將陽離子季銨鹽表面活性劑與聚丙烯酸采用LBL的方式沉積于聚（丙烯酸-b-丙烯腈）底膜上(Journal of Applied Polymer Science, Vol. 110, 3234–3241 (2008))，并將其用于超濾膜分離技術，實驗發(fā)現(xiàn)隨著沉積層數(shù)的增加，水透過性降低。文獻報道將陰離子型硫酸化纖維素與不同烷烴鏈的陽離子型表面活性劑復合的采用兩層涂覆的方法制備的PESC膜（J. Membr. Sci., 2001, 194: 91–102），利用PESC與有機物分子的極性差異，實現(xiàn)了環(huán)己烷、甲基特丁基醚和碳酸二丁酯等有機物中甲醇的分。PESC內部的離子交聯(lián)結構能夠有效抑制膜在醇/水料液中過度溶脹，保持膜的穩(wěn)定性，表面活性劑的疏水長鏈和聚電解質的疏水主鏈，能有效提供膜對醇的優(yōu)先選擇吸附和透過。聚電解質和表面活性的種類豐富，二者復合條件可變因素多，可獲得結構眾多、功能各異的復合物體系。本發(fā)明克服了現(xiàn)有滲透汽化分離膜方法中膜制備工藝復雜、材料選擇范圍窄、疏水穩(wěn)定性差、孔結構不易調控等缺陷，采用簡便方法制備了滲透汽化透醇膜材料，且聚電解質和表面活性劑種類豐富。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種季銨鹽型陽離子聚電解質-陰離子表面活性劑復合物的制備方法及用途。

季銨鹽型陽離子聚電解質-陰離子表面活性劑復合物的制備方法包括以下步驟：

（1）復合物的制備：（a）將季銨鹽型陽離子聚電解質加入到水溶液中，在20~60℃下攪拌3~12h，待完全溶解，調節(jié)溶液pH，得到季銨鹽型陽離子聚電解質溶液；（b）將陰離子表面活性劑加入水溶液中，在20~60℃下攪拌3~12h，待完全溶解，調節(jié)溶液pH，得到陰離子表面活性劑溶液；（c）將陰離子表面活性劑水溶液以10 mL/min的速度逐滴加入到季銨鹽型陽離子聚電解質水溶液中，待上清液完全澄清，過濾，得到白色固體，用去離子水徹底清洗，取出白色固體，在60℃烘干12~24 h，得到固態(tài)季銨鹽型陽離子聚電解質-陰離子表面活性劑復合物；

（2）制膜液的制備：將固態(tài)季銨鹽型陽離子聚電解質-陰離子表面活性劑復合物加入到有機溶劑中，在20~50℃下攪拌5~24h，待溶液呈澄清透明狀后，在20~50℃靜置脫泡1~5 h，得到季銨鹽型陽離子聚電解質-陰離子表面活性劑復合物分散液；