[發明專利]聚乙烯亞胺-單寧酸/水解聚丙烯腈超薄復合膜及制備和應用

有效

• 申請號: 201710040339.8
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106807251B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 姜忠義;劉冠華;陳程;侯立鵬;楊昊;高博鑫;潘福生
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01D69/12
• 分類號: B01D69/12;B01D67/00;B01D69/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發明公開了一種聚乙烯亞胺?單寧酸/水解聚丙烯腈超薄復合膜，該超薄復合膜厚度小于為300nm，由聚乙烯亞胺層和單寧酸層構成，利用聚乙烯亞胺和單寧酸進行反應性的層層自組裝形成，其中，聚乙烯亞胺溶液、單寧酸溶液的交替組裝次數為1.5?5.5。其制備過程包括：制備聚丙烯腈超濾膜水解；配制聚乙烯亞胺溶液和單寧酸溶液，并用HCl和NaOH分別調聚乙烯亞胺溶液和單寧酸溶液的pH；利用聚乙烯亞胺溶液，單寧酸溶液在搖床中的交替組裝。本發明超薄復合膜的制備方法簡便，膜內共價作用強，制得的膜材料用于滲透蒸發乙醇脫水，具有較好的滲透通量和分離因子。

技術領域

本發明涉及聚乙烯亞胺-單寧酸/水解聚丙烯腈超薄復合膜及制備和應用，屬于復合膜技術領域。

背景技術

隨著工業化進程的加快，人類生產活動對能源的需求量不斷增加，能源短缺已經成為制約人類社會發展的關鍵問題之一。燃料乙醇作為一種新型可再生的液體燃料，具有很好的應用前景。其生產方法主要是多糖類發酵法，由于細菌自身特性，獲得的原料中水含量高，因此必須脫水，這是生產燃料乙醇耗能最大的步驟。作為一種綠色節能的乙醇脫水技術，膜分離在乙醇脫水領域具有廣闊的應用前景。

膜分離中的醇水分離依賴于滲透蒸發技術，其關鍵在于獲得高性能膜材料。依據滲透蒸發的溶解擴散機理，高性能的膜材料需要同時具備高溶解選擇性和擴散選擇性，以促進水的吸附和跨膜擴散。聚乙烯亞胺是一種水溶性高分子，有吸濕性，其水溶液自身帶正電。單寧酸是有較強粘附能力的多酚化合物，廣泛存在于植物中，具有廉價易得的優點。層層自組裝是一種常用的制備超薄復合膜的方法，但傳統制備技術制備超薄膜多是基于靜電作用或氫鍵，制得的膜穩定性不夠好，而基于化學反應制備的層層自組裝膜則更為穩定。到目前為止，聚乙烯亞胺-單寧酸/水解聚丙烯腈超薄復合膜用于滲透蒸發未見文獻報道。

發明內容

針對上述技術現狀，本發明提供一種聚乙烯亞胺-單寧酸/水解聚丙烯腈超薄復合膜及制備和應用，本發明基于多酚與氨基在弱堿性，常溫常壓下即可發生希夫堿/邁克爾加成反應的原理，利用聚乙烯亞胺和單寧酸進行反應性的層層自組裝。本方法制備的膜材料用于滲透蒸發乙醇脫水，具有較好的滲透通量和分離因子。

本發明提出的一種聚乙烯亞胺-單寧酸/水解聚丙烯腈超薄復合膜，該復合膜由聚乙烯亞胺層和單寧酸層構成；利用聚乙烯亞胺和單寧酸進行反應性的層層自組裝形成，其中，聚乙烯亞胺溶液、單寧酸溶液的交替組裝次數為1.5-5.5。

本發明提出的一種聚乙烯亞胺-單寧酸/水解聚丙烯腈超薄復合膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、將聚丙烯腈超濾膜放入摩爾濃度為1.5mol/L的氫氧化鈉溶液中熱處理1h，用蒸餾水沖洗晾干，得到水解聚丙烯腈超濾膜，記作膜A；

步驟二、室溫下，配制質量體積濃度為2-4g/L的聚乙烯亞胺溶液，并用摩爾濃度為0.5mol/L的HCl溶液調節pH為8-10，得到溶液A；

步驟三、室溫下，配制質量體積濃度為2g/L的單寧酸溶液，并用摩爾濃度為0.5mol/L的NaOH溶液調節pH為8-10，得到溶液B；

步驟四、將步驟一得到的膜A，在搖床上交替浸泡在溶液A和溶液B中，浸泡在溶液A和溶液B后均水洗；浸泡時間為15分鐘，溫度為30℃；交替浸泡的次數為1-5次；

步驟五、將步驟四獲得的膜，在搖床上浸泡在溶液A中，并水洗，浸泡時間為15分鐘，溫度為30℃；

步驟六、對步驟五處理后的膜在室溫下靜置干燥，獲得聚乙烯亞胺-單寧酸/水解聚丙烯腈超薄復合膜。

進一步講，聚乙烯亞胺溶液的質量體積濃度優選為2g/L或4g/L。溶液A和溶液B的pH值優選為8或10。