一种聚乙烯醇复合薄膜及其制备方法与在渗透蒸发中的应用技术

本发明专利技术公开了一种聚乙烯醇复合薄膜及其制备方法与在渗透蒸发中的应用。该聚乙烯醇复合薄膜以聚乙烯醇和正硅酸乙酯为原料，按照聚乙烯醇和正硅酸乙酯质量比（4~50）:（0.05~1）进行配料，其制备方法包括以下步骤：（1）将聚乙烯醇（PVA）加入去离子水中，水浴中搅拌直至完全溶解；（2）冷却后加入盐酸和正硅酸乙酯（TEOS），室温下搅拌，静置脱泡，得到铸膜液；（3）将铸膜液倒在聚四氟乙烯板上，用刮刀刮平，40~60℃通风干燥12~24h，得到聚乙烯醇复合薄膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及膜分离
，具体涉及一种聚乙烯醇复合薄膜及其制备方法与其在渗透蒸发中的应用。
技术介绍
酯化反应是有机合成中的一个重要反应，由于反应过程可逆，导致反应转化效率较低，如何提高其转化率成为一项重要的研究课题。通过对反应器的设计、采用高效催化剂、不断移除反应生成的水等可以提高反应转化率。相对于反应器的改进以及更换高效催化剂，通过适当的方法将反应过程中生成的水移除这一方法需要增加的成本相对较低，同时适当降低反应温度可以减少反应能耗。目前去除反应中产生的水常用的方法有精馏法和分子筛干燥法等，但是这些方法存在过程复杂、能耗高和产品产率低等缺点。一种新型的膜分离技术被提出——渗透蒸发，其具有分离系数高、操作简单、能耗小以及易于实施等特点，渐渐地在石油化学工业、制药工业和食品工业等中得到应用。渗透蒸发(Pervaporation,简称PV)是在膜的渗透边侧形成真空，以膜的前后两侧的化学位差为推动力伴随着相变，由膜选择吸附及在膜中渗透速率不同而进行分离。由于分离过程中只需要汽化一种组分，需要消耗的能量大大降低，从而可以降低成本，并且分离过程中没有引入其他组分，因此该技术本身具有污染少甚至零污染的优势。与传统的蒸馏、萃取等分离方法相比，渗透蒸发具有分离系数高、操作简单、能耗小且易于实施等技术特点，特别是在分离近沸点、共沸体系更具优势，所以在有机物脱水、从水中脱除有机物以及有机物和有机物分离中具有广泛的应用。影响渗透蒸发效果的关键因素包括渗透蒸发膜的理化性质以及温度、压力等操作工艺。对于渗透蒸发来说，膜的性质是影响分离效率、选择性以及渗透通量的核心因素，选择合适的膜材料以及根据需要进行改性，是渗透蒸发技术的技术难点。聚乙烯醇(简称PVA)，为白色片状、絮状或粉末状有机化合物，特点是致密性好、结晶度高，成膜性能优异，制成的膜柔韧、耐油、气体阻透性好。更重要的是，聚乙烯醇薄膜对水和有机物的分离选择性高，这有利于其在酯化反应产物水的渗透蒸发分离应用。并且其本身对人体无毒无害，对环境也具有良好的亲和性，在土壤中可被微生物降解完全降解，生成二氧化碳和水，不污染环境，在渗透蒸发中具有非常重要的应用。但是，纯聚乙烯醇薄膜存在机械强度差、高溶胀性、高黏连性、渗透通量高等问题。因此，对聚乙烯醇薄膜进行适当的改性，有利于提高渗透分离效果，从而提高酯化反应转化率。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点和不足，本专利技术提供了一种用于酯化反应产物渗透蒸发分离的聚乙烯醇复合薄膜及其制备方法与在渗透蒸发中的应用，改善了聚乙烯醇膜存在的机械强度差、高溶胀性等问题，提高聚乙烯醇复合膜的致密性，减小膜的渗透通量等，从而提高酯化反应的转化率。本专利技术的目的通过以下技术方案实现。一种聚乙烯醇复合薄膜的制备方法，按照聚乙烯醇和正硅酸乙酯质量比为(4～50):(0.05～1)进行配料，制备方法包括以下步骤：(1)将聚乙烯醇(PVA)加入去离子水中，置于水浴中搅拌直至完全溶解，得聚乙烯醇水溶液；(2)冷却后加入盐酸和正硅酸乙酯(TEOS)，室温下搅拌，静置脱泡，得到铸膜液；(3)将铸膜液倒在聚四氟乙烯板上，用刮刀刮平，在30-80℃下通风干燥6-24h，得到聚乙烯醇复合薄膜。进一步地，具体包括如下步骤：(1)将去离子水预热至90-100℃后，加入聚乙烯醇，维持90-100℃搅拌直至完全溶解，得聚乙烯醇水溶液；(2)冷却后加入盐酸和正硅酸乙酯，室温下搅拌4-12h，静置脱泡，得到铸膜液；(3)将铸膜液倒在聚四氟乙烯板上，用刮刀刮平，在40-80℃下通风干燥6-24h，得到聚乙烯醇复合薄膜。进一步地，步骤(1)所述聚乙烯醇是聚合度为1700～2400，醇解度为78％～98％的聚乙烯醇。进一步地，步骤(1)所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的质量分数为1～10％。进一步地，步骤(2)所述盐酸浓度为0.1～2mol/mL。由上述的制备方法制备得到的一种聚乙烯醇复合薄膜。上述的一种聚乙烯醇复合薄膜应用在酯化反应渗透蒸发除水体系中。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点在：膜制备过程简单，原材料价格低廉，制膜成本低，将其运用于乙酸丁酯酯化反应，可提高转化率以及乙酸丁酯产率。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1称取45g去离子水升温至90℃后加入5.0g聚合度为1700，醇解度为78％的聚乙烯醇(PVA)，搅拌至聚乙烯醇完全溶解，制得质量分数为10％的聚乙烯醇水溶液，冷却至室温后，加入5mL浓度为0.1mol/mL的盐酸溶液后，加入0.25g正硅酸乙酯(TEOS)，室温下搅拌4h后静置0.5h脱泡，得到铸膜液，将铸膜液倒在聚四氟乙烯板上，用刮刀刮平，40℃通风干燥24h后，得到聚乙烯醇复合薄膜(膜1)，将该膜用于乙酸丁酯反应中，测定反应转化率为79.53％。实施例2称取49.5g去离子水升温至90℃后加入0.5g聚合度为2400，醇解度为88％的聚乙烯醇(PVA)，搅拌至聚乙烯醇完全溶解，制得质量分数为1％的聚乙烯醇水溶液，冷却至室温后，加入0.25ml浓度为2mol/mL的盐酸溶液后，加入0.05g正硅酸乙酯(TEOS)，室温下搅拌8h后静置0.5h脱泡，得到铸膜液，将铸膜液倒在聚四氟乙烯板上，用刮刀刮平，80℃通风干燥6h后，得到聚乙烯醇复合薄膜(膜2)，将该膜用于乙酸丁酯反应中，测定反应转化率为75.56％。实施例3称取49g去离子水升温至90℃后加入1.0g聚合度为1700，醇解度为98％的聚乙烯醇(PVA)，搅拌至聚乙烯醇完全溶解，制得质量分数为2％的聚乙烯醇水溶液，冷却至室温后，加入0.5ml浓度为1mol/mL的盐酸溶液后，加入0.2g正硅酸乙酯(TEOS)，室温下搅拌12h后静置0.5h脱泡，得到铸膜液，将铸膜液倒在聚四氟乙烯板上，用刮刀刮平，60℃通风干燥18h后，得到聚乙烯醇复合薄膜(膜3)，将该膜用于乙酸丁酯反应中，测定反应转化率为78.43％。实施例4称取47.5g去离子水升温至90℃后加入2.5g聚合度为2000，醇解度为88％的聚乙烯醇(PVA)，搅拌至聚乙烯醇完全溶解，制得质量分数为5％的聚乙烯醇水溶液，冷却至室温后，加入0.5ml浓度为1mol/mL的盐酸溶液后，加入0.75g正硅酸乙酯(TEOS)，室温下搅拌8h后静置0.5h脱泡，得到铸膜液，将铸膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚乙烯醇复合薄膜的制备方法，其特征在于，按照聚乙烯醇和正硅酸乙酯质量比为（4~50）:（0.05~1）进行配料，制备方法包括以下步骤：（1）将聚乙烯醇加入去离子水中，置于水浴中搅拌直至完全溶解，得聚乙烯醇水溶液；（2）冷却后加入盐酸和正硅酸乙酯，室温下搅拌，静置脱泡，得到铸膜液；（3）将铸膜液倒在聚四氟乙烯板上，用刮刀刮平，在30‑80℃下通风干燥6‑24h，得到聚乙烯醇复合薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种聚乙烯醇复合薄膜的制备方法，其特征在于，按照聚乙烯醇和正硅酸乙酯质量比为（4~50）:（0.05~1）进行配料，制备方法包括以下步骤：
（1）将聚乙烯醇加入去离子水中，置于水浴中搅拌直至完全溶解，得聚乙烯醇水溶液；
（2）冷却后加入盐酸和正硅酸乙酯，室温下搅拌，静置脱泡，得到铸膜液；
（3）将铸膜液倒在聚四氟乙烯板上，用刮刀刮平，在30-80℃下通风干燥6-24h，得到聚乙烯醇复合薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种聚乙烯醇复合薄膜的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1）将去离子水预热至90-100℃后，加入聚乙烯醇，维持90-100℃搅拌直至完全溶解，得聚乙烯醇水溶液；
（2）冷却后加入盐酸和正硅酸乙酯，室温下搅拌4-12h，静置脱泡，得到铸膜液；
（3...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄洪，张超杰，邢征，徐佳杰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44