一种疏水改性PDMS膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种疏水改性ＰＤＭＳ膜及其制备方法，将ＰＤＭＳ、交联剂和催化剂按照一定比例溶解于溶剂中，反应得到铸膜液，将上述铸膜液进行脱泡静置后，在底膜上刮膜得膜胚，膜胚在室温下硫化后加温硫化，即得ＰＤＭＳ渗透汽化膜。本发明专利技术方法采用乙烯基三乙氧基硅烷作为交联剂，得到的ＰＤＭＳ膜用于渗透汽化分离乙醇水溶液具有分离性能高，且稳定性好的特点。对于浓度为６ｗｔ％的乙醇水溶液，６０℃下分离因子ａ＝１６．０，渗透通量为Ｊ＝６４４．８ｇ／ｍ↑［２］ｈ。并且生产成本低，有很好的工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可用于渗透汽化优先透醇的PDMS膜，属于渗透汽化 膜分离领域。背景4支术近年来，随着环境问题及能源问题的日益突显，清洁生产及能源再生 问题受到了广泛的关注，膜分离技术作为一种清洁、节能的工业技术，在 工业上也得到了广泛的应用，其中，水中挥发性有机物脱除问题是一个较 为典型的方向。随着生物质能源的发展，发酵制乙醇已经成为未来清洁能源发展的一 个重要方向。由于发酵法一般都只能生产8%-10%的乙醇稀溶液，而且乙 醇作为产物对反应具有强烈的抑制作用，对大多数酵母而言，当乙醇浓度 达到5%时就会停止生长，当乙醇浓度从6%增加至12%时，乙醇的产率就 会逐渐减为零，这就大大降低了反应的产率。因此，要提高产品的性能， 必须在使发酵连续化的基础上，应用选择性足够好的分离技术，及时脱除 发酵过程中的抑制性产物乙醇，才能加快反应的进程，提高乙醇的生产效 率。目前，优先透水膜的研究已经达到了相当成熟的阶段。中国专利技术专利 CN1597072公开了一种高性能渗透汽化透水膜的制备方法，在多孔管状陶 瓷支撑体表面制备NaA型分子筛膜，在乙醇水溶液浓度为90wt。/。时，平 均水渗透通量J=2.5 3.2kg/m2h,分离因子a=5000~10000以上。另外，中 国专利技术专利申请CN1557533公开了 一种低温等离子体接枝渗透汽化膜及 其制法，这种渗透汽化膜具有良好的选择性和渗透通量，目前在高浓度乙 醇/水脱水领域已实现了工业化。而对于优先透醇膜，研究的材料主要包括 了无机沸石及有机高分子等，无机沸石由于制备成本高，制备过程复杂， 限制了其工业应用。有机高分子材料仍是优先透醇膜的基础材料。目前， 有机优先透醇膜材料的典型代表是聚二曱基硅氧烷(PDMS )。这种硅橡胶3材料有较好的亲有机物疏水性，同时具有优良的耐高低温、耐辐射、化学 稳定、无毒无味等优点，在膜分离领域有着很广泛的应用。目前已有报道的PDMS膜对于乙醇水体系的分离因子在4.4到10.8范围内。中国专利技术专 利申请CN101143305公开了一种优先透醇PDMS/PVDF多层复合膜及其 制备方法，该多层复合膜用于乙醇水溶液的分离，当乙醇水溶液浓度为 5wt。/。时，在6(TC操作温度下其分离因子a-15,渗透通量J=450g/m2h。其 他高分子材料如聚偏氟乙烯，中国专利技术专利CN1239012制备了聚偏氟乙 烯膜用于渗透汽化分离乙醇水溶液，当料液浓度为0.1%时，分离因子达 到13.1,渗透通量达到1125g/m2h，当料液浓度增加时，分离因子呈现下 降的趋势，同时，由于聚偏氟乙烯结晶度对膜存在影响，制备的膜存在缺 陷，从而限制了这种材料在渗透汽化膜上的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种疏水性良好的PDMS膜用于渗透汽化分离乙醇水 溶液，采用新型的交联剂增强PDMS膜的疏水性，同时提供了这种膜的制 备方法，改性后的PDMS膜用于渗透汽化分离乙醇水溶液具有分离性能 高，且稳定性好的特点。对于浓度为6wt。/。的乙醇水溶液，60。C下分离因 子a-16.0,渗透通量为J = 644.8g/m2h。并且生产成本低，有很好的工业 应用前景。一种疏水改性PDMS膜的制备方法，包括以下步骤1) 将聚二曱基硅氧烷充分溶解于溶剂中，配成质量百分浓度为 5%~30%的聚二曱基硅氧烷溶液；加入交联剂乙烯基三乙氧基硅烷和催化 剂二丁基二月桂酸锡，在20 80。C下搅拌反应4 8小时，得铸膜液，所述 聚二甲基硅氧烷、交联剂和催化剂的质量比为10: 1~8: 0.18~0.22;2) 将上述铸膜液进行脱泡静置后，在底膜上刮膜得膜胚；3) 先将膜胚在室温下^5克化，待溶剂基本挥发后，再进一步加温好u化， 即得PDMS渗透汽化膜。所述的溶剂可选用正庚烷、正己烷、正戊烷中的任意一种。 所述的聚二甲基硅氧烷粘均分子量最优选择5000~20000。 所述的膜胚厚度为10~50Wn。所述的底膜最优选择聚丙烯腈或聚砜，其他疏水性的材料如PVDF也可以用作本专利技术的底膜。所述的加温錄u化温度为40 80°C。本专利技术方法采用特定的交联剂乙烯基三乙氧基硅烷，按照本专利技术方法 对交联前后PDMS进行红外检测，得到的红外光谱图如图1和图2所示。 2962.5cm"处的峰是烷基的C一H键伸缩振动吸收带，图2中此峰的强度 较之图1有所减弱，这是由于双键被引入的关系；图1中1410 cm"处的 峰为Si—CH3中一CH3的反对称Def，图2中此峰的强度已经很弱；交联 后Si—CH3特征吸收带强而且尖锐，在1259.1cm-1附近，是CHs变形振 动引起。本专利技术方法制备的疏水改性PDMS膜，生产工艺简单，生产成本低， 用于乙醇水溶液渗透汽化分离时，对于浓度为5wt。/。 7wt。/。的乙醇水溶液， 温度在40 8(TC范围内时，膜的渗透通量为500~3000g/m2h，分离因子最 高可以达到16 ()。本专利技术找到了 一种新型的交联剂 对PDMS进行疏水改性，突破了以往PDMS膜的渗透汽化性能的极限， 得到了具有良好的渗透汽化透醇性能的PDMS膜。附图说明图1为采用乙烯基三乙氧基硅烷交联前PDMS的红外光谱图； 图2为采用乙烯基三乙氧基硅烷交联后PDMS的红外光谱图。具体实施方式 实施例11)将2g粘均分子量为20000的PDMS溶于20g正己烷中，在60°C下搅 拌均匀；2 )再加入0.4g乙烯基三乙氧基硅烷和0.02g 二丁基二月桂酸锡；3) 搅拌4小时后，在聚丙烯腈底膜上直接刮膜得15Wn膜坯；4) 膜坯在室温下硫化2小时后放入60。C的真空干燥箱中碌"匕8小时，取出，室温^f呆存。测定所得到的PDMS膜对浓度为5wt。/。 7wt。/。的乙醇水溶液的优先透醇 性能，结果见表l。表l不同温度下，实例l的优先透醇测试结果<table>table see original document page 6</column></row><table>对比例1为了比较新型交联剂的优越性，对比例1采用正硅酸乙酯作为交联剂制备PDMS膜，测试其渗透汽化性能。1 )将2g粘均分子量为20000的PDMS溶于20g正己烷中，在60。C下搅拌均匀；2 )再加入0.4g正硅酸乙酯和0.02g 二丁基二月桂酸锡；3 )搅拌4小时后，在聚丙烯腈底膜上直接刮膜得15Wn膜坯；4)膜坯在室温下硫化2小时后放入60。C的真空干燥箱中硫化8小时，取 出，室温保存。在6(TC下，测定制备的PDMS膜对浓度为5wt。/Q 7wt。/o的乙醇水溶液的 优先透醇性能，渗透通量为824.3 g/m2h，分离因子为8.1。对比例2对比例2采用苯基三乙氧基硅烷作为交联剂制备PDMS膜，测试其渗 透汽化性能。1)将2g粘均分子量为20000的PDMS溶于20g正己烷中，在60。C下搅拌均匀；2 )再加入0.4g苯基三乙氧基硅烷和0.02g 二丁基二月桂酸锡；3 )搅拌4小时后，在聚丙烯腈底膜上直接刮膜得15toi膜坯；4)膜坯在室温下疏化2小时后放入60。C的真空干燥箱中硫化8小时，取 出，室温保存。在6(TC下，测定制备的PDMS膜对浓度为5wt。/。 7wt。/。的乙醇水溶液的 优先透醇本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种疏水改性ＰＤＭＳ膜的制备方法，包括以下步骤：　１）将聚二甲基硅氧烷充分溶解于溶剂中，配成质量百分浓度为５％～３０％的聚二甲基硅氧烷溶液；加入交联剂和催化剂，在２０～８０℃下搅拌反应４～８小时，得铸膜液，所述聚二甲基硅氧烷、交联剂和 催化剂的质量比为１０∶１～８∶０．１８～０．２２；所述交联剂为乙烯基三乙氧基硅烷，所述催化剂为二丁基二月桂酸锡；　２）将上述铸膜液进行脱泡静置后，在底膜上刮膜得膜胚；　３）先将膜胚在室温下硫化，再加温硫化。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张林，白云翔，陈欢林，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]