[發明專利]一種具有耐熱和耐溶劑性的混合基質膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710813309.6
• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN107362702B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 李琳;劉嶠;金鑫;徐瑞松;王春雷;王同華
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01D71/56
• 分類號: B01D71/56;B01D71/64;B01D71/42;B01D71/68;B01D71/26;B01D71/34;B01D71/16;B01D69/02;B01D67/00;B01D61/14;B01D61/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李娜;李馨

本發明涉及一種具有耐熱和耐溶劑性的混合基質膜及其制備方法和應用，屬于膜分離技術和新材料領域。一種具有耐熱和耐溶劑性的混合基質膜的制備方法，包括混合基質膜原膜制備和熱氧化交聯的步驟，其中，混合基質膜原膜制備為：將氧化石墨烯、金屬醇鹽、醋酸、聚合物和有機溶劑配置成制膜液并制膜，利用非溶劑相轉化法原位合成混合基質原膜。本發明所述原膜具有豐富的海綿狀孔、垂直的指狀孔結構，同時具有較高的滲透分離性能。原膜經熱氧化交聯制得具有耐溶劑性和熱穩定性的混合基質膜，不但能保持混合基質原膜的孔結構和高滲透分離性能，還具有優異的耐溶劑性和耐熱性能。

技術領域

本發明涉及一種具有耐熱和耐溶劑性的混合基質膜及其制備方法和應用，屬于膜分離技術和新材料領域。

背景技術

聚合物膜是膜分離材料的重要組成部分，由于制造方法簡單，原料易得，是最成熟，也是最早被廣泛應用的膜材料之一。混合基質膜是指通過將無機材料作為分散相填充于聚合物連續相中制備得到的復合膜。該類膜結合了有機和無機材料各自的優良性質，能夠改善聚合物膜的結構和分離性能。在混合基質膜的多種制備方法中，原位合成法由于能夠更好的使無機相在聚合物主體中均勻分散而被廣泛關注。然而，原位合成法制備的混合基質膜在應用過程中還存在諸多問題，如膜結構較致密，孔結構不均一導致的膜分離性能不高；膜耐溶劑性和耐熱性差導致的膜穩定性較差等。一般來說，可以通過控制聚合物的相轉化過程來控制膜的孔結構，通過對原膜的熱交聯，提高聚合物膜的耐溶劑性和耐熱性，但單純的控制相轉化過程，無法使膜同時具有豐富的海綿狀孔和均一的指狀孔；且在熱氧化交聯過程中，由于聚合物鏈段劇烈的熱運動，膜的孔結構坍塌、熔融，滲透通量降低，孔隙率減小。

為了使混合基質膜具有優良的分離性能，優異的耐溶劑性和耐熱性，并推動其在化工分離領域，尤其在高壓、高溫、強有機溶劑環境中的進一步應用，研究開發具有豐富海綿狀孔和垂直指狀孔，耐強極性有機溶劑和較高操作溫度的混合基質膜并改良其制備工藝具有重要意義。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種具有耐熱和耐溶劑性的混合基質膜的制備方法。

一種具有耐熱和耐溶劑性的混合基質膜的制備方法，包括混合基質膜原膜制備和熱氧化交聯的步驟，其中，

混合基質膜原膜制備為：將氧化石墨烯、金屬醇鹽、醋酸、聚合物和有機溶劑配置成制膜液并制膜，利用非溶劑相轉化法原位合成混合基質原膜。

本發明提供了一種具有耐熱和耐溶劑性的混合基質膜的制備方法，所述方法包括原位合成法制備混合基質膜原膜和熱氧化交聯，在原位合成法制備混合基質原膜的過程中，在氧化石墨烯(GO)與金屬醇鹽的共同作用下，混合基質原膜具有豐富的海綿狀孔、垂直的指狀孔結構，同時膜分離性能提高。經熱氧化交聯后，具有耐溶劑性和熱穩定性的混合基質膜不但能保持原有的孔結構和分離性能，還具有了優異的耐溶劑性和耐熱性能。

進一步地，混合基質膜原膜制備為：將聚合物、氧化石墨烯、金屬醇鹽、醋酸、有機溶劑配置成制膜液，并制成厚度為50μm～700μm的液膜，其中，聚合物的質量分數為3～30wt.％，氧化石墨烯的質量分數為0.003～0.3wt.％，金屬醇鹽的質量分數為0.1～5wt.％，醋酸的質量分數為0.1～10wt.％；將液膜在空氣中放置5s～20min后，浸沒在25～90℃的pH值為0.1～6的酸性凝膠浴中2～30min；取出膜片，將其浸泡于去離子水中6～48h，隨后在60℃下真空干燥6～24h，得到混合基質原膜。

更進一步地，將聚合物、氧化石墨烯、金屬醇鹽、醋酸、有機溶劑配置成制膜液，并制成厚度為200μm～400μm的液膜。

進一步地，所述熱氧化交聯為：將混合基質原膜置于熱氧化交聯裝置中，從室溫開始升溫，并在空氣中進行熱氧化交聯；升溫速率為0.1～20℃/min，空氣流量為0.1～50L/min，熱氧化交聯溫度為115～400℃，熱氧化交聯時間為0～120h。