一种氟化物改性的金属离子交联渗透汽化膜制造技术

本发明专利技术涉及一种氟化物改性的金属离子交联渗透汽化膜

【技术实现步骤摘要】
一种氟化物改性的金属离子交联渗透汽化膜、制备与应用


[0001]本专利技术属于膜分离领域，更具体地，涉及一种氟化物改性的金属离子交联渗透汽化膜
、
制备与应用，尤其涉及一种高渗透通量和分离因子的氟化物改性金属离子交联的聚二甲基硅氧烷渗透汽化膜
。

技术介绍

[0002]由生物质发酵生产的清洁可再生的生物乙醇对解决现有的能源危机具有巨大的前景
。
然而，从发酵液中回收生物乙醇由于回收率相对较低，仍然面临着巨大的挑战
。
膜基渗透汽化技术作为一种先进的分离技术，具有从发酵液中高效回收生物乙醇的潜力
。
渗透蒸发技术的核心部分是具有高透性和选择性输运特性的膜
。
因此，设计一种分离效率高的膜是实现生物乙醇高效回收的关键
。
[0003]目前聚二甲基硅氧烷
(PDMS)
作为一种用于乙醇回收的亲有机膜材料得到了广泛的研究
。
然而，传统的
PDMS
膜分离系数低，通量极差，不适合工业应用
。
为了提高
PDMS
膜的渗透性，研究人员探索了不同交联剂
、
改变
PDMS
侧基
、
添加
ZIFs
颗粒等，来提高渗透通量和分离因子
。
然而，由于
trade
‑
off
效应
、
缺陷等，使得这些膜材料的应用仍具有挑战性<br/>。
因此，迫切需要开发一种易于制备
、
增加通量
、
提高分离系数的膜材料
。
[0004]专利
CN112246111A
公开了一种金属有机骨架膜的制备方法，首先将
PDMS/PSf
膜放入
PVA
水溶液或带有金属离子的
PVA
水溶液中进行第一次浸泡
、
干燥，得到的带有
PVA
层的
PDMS/PSf
膜放入金属盐水溶液中进行第二次浸泡
、
干燥，得到的带有金属离子改性的
PVA
层的
PDMS/PSf
膜放入配体水溶液中进行第三次浸泡以使配体与金属离子结合，然后经干燥
、
清洗
、
再干燥，最终得到金属有机骨架膜
。
该制备过程全程在水溶液中进行，制备过程友好环境，所得的金属有机骨架膜表面致密，膜的厚度为
80
‑
350nm
，具有很好的
CO2渗透性和
CO2/N2选择性
。
专利
CN110508166A
公开了一种在聚二甲基硅氧烷
(PDMS)
复合膜表面接枝含有活性环氧官能团的硅烷偶联剂，再在碱性条件下使环氧基开环，将多齿螯合剂以共价键力结合在膜上，通过螯合剂的多齿螯合性将金属离子螯合到
PDMS
复合膜表面，制备出金属离子改性的
PDMS
复合膜，该方法制备出的渗透汽化脱硫膜，制备方法简单，机械性能
、
热稳定性和溶胀性能均提升明显，膜的脱硫性能明显提高
。
[0005]目前最常用的优先透醇的
PDMS
膜分离因子一般在6‑7之间，渗透通量在
1000g
·
m
‑2·
h
‑1，通量和分离因子较低
。
因此，需要进一步探索提高分离因子和通量的有效方法
。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决了现有技术中渗透汽化膜的渗透通量和分子因子较低的技术问题，提供了一种氟化物改性的金属离子交联渗透汽化膜
。
本专利技术渗透汽化膜包括支撑层和选择层；选择层为氟化物改性的金属离子交联的胺基化聚二甲基硅氧烷膜，金属离子交联的胺基化聚二甲基硅氧烷膜通过金属离子与聚二甲基硅氧烷侧链上的胺基以配位键交联得到，氟化物改性为氟化物与胺基化聚二甲基硅氧烷膜侧链上未交联的胺基通过酰胺键相连针
。
本专利技术提供的渗透汽化膜具有高渗透通量和选择性
。
[0007]根据专利技术的第一个方面，提供了一种氟化物改性的金属离子交联渗透汽化膜，所述渗透汽化膜包括支撑层和选择层；所述选择层为氟化物改性的金属离子交联的胺基化聚二甲基硅氧烷膜，所述金属离子交联的胺基化聚二甲基硅氧烷膜通过金属离子与聚二甲基硅氧烷侧链上的胺基以配位键交联得到，所述氟化物改性为氟化物与胺基化聚二甲基硅氧烷膜侧链上未交联的胺基通过酰胺键相连
。
[0008]优选地，所述金属离子为过渡金属离子
。
[0009]优选地，所述过渡金属离子为钴离子
、
铜离子
、
锌离子
、
铁离子
、
铬离子或镉离子
。
[0010]优选地，所述支撑层为微滤膜；
[0011]优选地，所述微滤膜为聚偏氟乙烯膜
。
[0012]优选地，所述氟化物的结构式为
X
‑
CO
‑
R
，其中
R
为氟化的烷基长链或环状基团，
X
为卤素
。
[0013]根据本专利技术另一方面，提供了任意一项氟化物改性的金属离子交联渗透汽化膜的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)
将胺基化聚二甲基硅氧烷溶液与过渡金属离子溶液进行交联，得到铸膜液；
[0015](2)
将步骤
(1)
得到的铸膜液刮涂在作为支撑层的基膜上，成膜后，加入氟化物溶液进行改性，氟化物与胺基化聚二甲基硅氧烷膜侧链上未交联的胺基通过酰胺键相连，即得到所述氟化物改性的金属离子交联渗透汽化膜
。
[0016]优选地，所述过渡金属离子为钴离子
、
铜离子
、
锌离子
、
铁离子
、
铬离子或镉离子；
[0017]优选地，所述氟化物的结构式为
X
‑
CO
‑
R
，其中
R
为氟化的烷基长链或环状基团，
X
为卤素
。
[0018]优选地，步骤
(2)
中，所述改性的时间小于等于
45
秒
。
[0019]优选地，所述基膜的制备方法包括以下步骤：
[0020](1)
将聚偏氟乙烯
、
磷酸三乙酯
、
聚乙烯吡咯烷酮和
N
‑
甲基吡咯烷酮混匀后，得到均相的铸膜液；
[0021](2)
将步骤
(1)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种氟化物改性的金属离子交联渗透汽化膜，其特征在于，所述渗透汽化膜包括支撑层和选择层；所述选择层为氟化物改性的金属离子交联的胺基化聚二甲基硅氧烷膜，所述金属离子交联的胺基化聚二甲基硅氧烷膜通过金属离子与聚二甲基硅氧烷侧链上的胺基以配位键交联得到，所述氟化物改性为氟化物与胺基化聚二甲基硅氧烷膜侧链上未交联的胺基通过酰胺键相连
。2.
如权利要求1所述的氟化物改性的金属离子交联渗透汽化膜，其特征在于，所述金属离子为过渡金属离子
。3.
如权利要求2所述的氟化物改性的金属离子交联渗透汽化膜，其特征在于，所述过渡金属离子为钴离子
、
铜离子
、
锌离子
、
铁离子
、
铬离子或镉离子
。4.
如权利要求1所述的氟化物改性的金属离子交联渗透汽化膜，其特征在于，所述支撑层为微滤膜；优选地，所述微滤膜为聚偏氟乙烯膜
。5.
如权利要求1所述的氟化物改性的金属离子交联渗透汽化膜，其特征在于，所述氟化物的结构式为
X
‑
CO
‑
R
，其中
R
为氟化的烷基长链或环状基团，
X
为卤素
。6.
如权利要求1‑5任意一项氟化物改性的金属离子交联渗透汽化膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
将胺基化聚二甲基硅氧烷溶液与过渡金属离子溶液进行交联，得到铸膜液；
(2)
将步骤
(1)
得到的铸膜液刮涂在作为支撑层的基膜上，成膜后，加...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳，柴政泽，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：