一种用于有机物溶剂过滤的杂化凝胶膜，其特征是该杂化凝胶膜以海藻酸钠为高分子骨架，以丙烯酰胺及其衍生物为聚合单体，加入化学交联剂和离子交联剂，以水溶性化合物为致孔剂，引发聚合形成高强度高韧性的双交联网络水凝胶，洗脱掉致孔剂后，经逐级脱水得到干燥的杂化凝胶膜用于有机物溶剂中的过滤。本发明专利技术制备的杂化凝胶膜可耐0.02-1MPa的压力，适用有机溶液范围广，该制备方法工艺简单，成本低，可通过控制梯度醇类的配比和脱水时间控制膜孔大小和分布。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于功能材料、环境材料和膜领域。
技术介绍
在有机相体系中，应用过滤技术进行分离是一项新的研究领域，近年来得到了越来越广泛的应用。现代很多行业中的工业流程涉及的体系都是有机溶剂体系，如石油化工、精细化工、医药、植物油提取等，其中很多物质的分子量都在纳滤分离范围之内，从纳滤操作压力低，环保等优点来看，应用于有机溶剂体系中的纳滤膜具有很大发展前景，但是纳滤膜的耐溶剂性差却限制了该类膜在这个方向的发展Journal of Membrane Science, 2000,165:1-17 ； Journalof Membrane Science，2004，231:99_108。大多数的纳滤膜只能应用于水相系统，如果应用于有机溶剂体系，它们就会失去结构的完整性和原有的分离性能。膜的不稳定性一方面可以导致膜的膨胀或膜的破裂从而得到非常大的膜通量。另一方面还可以导致膜的收缩从而使溶剂不能透过膜。目前用于有机相体系中的过滤膜主要是国外公司的纳滤膜，主要研究集中在探索有机相中纳滤机理和构造相应的纳滤模型。袁其朋等在经典通量模型H-P方程的基础上，建立了有机溶剂通过纳滤膜通量(J)的数学模型。通过实验考察了溶剂黏度(μ)、摩尔体积(Vm)和溶解度参数(δ 2)对溶剂J的影响，验证了所建模型的准确性和适用范围有机溶剂透过纳滤膜的通量模型研究，北京化工大学学报，2006，33 ￠):93-95]0目前商品化的耐溶剂膜材料主要是聚酞亚胺和硅橡胶两种，耐溶剂纳滤膜材料主要是聚酞亚胺、娃橡胶、聚丙烯睛、聚磷睛、聚亚胺酷以及其他交联聚合物等Journal ofMembrane Sciene，200，170:159_172。可用于有机溶剂分离的纳滤膜主要有KOCH公司的MPF系列膜，材质为硅橡胶；W.R.Grace公司的STARMEM系列膜，材质为聚酰亚胺；0smonics公司的Desal-DK膜，材质为聚酰亚胺。但是这些材质用于有机溶剂体系中，会发生不同程度的溶胀，对应的膜的性能就会大大降低。在很多工业中操作过程都是依靠传统技术，但是传统技术有很多弊端，耗能，设备庞大，二次污染严重，危险性也较大。目前解决膜的耐溶剂问题主要有两种思路:一是采用无机膜，因为无机膜本身就具有良好的耐溶剂性能，但是由于无机纳滤膜的发展才刚起步且价格较贵，还有待开发其在工业中的应用；二是采用具有良好性能的膜材料，再通过相应的改性处理，增加其耐溶剂性，最终制得耐溶剂的有机纳滤膜。相对于无机膜，目前研制和开发具有耐溶剂性能的有机纳滤膜是方便可行的途径，也是当今备受关注的课题之一。高分子凝胶是由高分子三维网络与溶剂组成的多元体系，在宏观(体积)形状上产生巨大变化的聚合物网络。水凝胶干燥后形成诸多孔结构的干凝胶，这些干凝胶具有抗有机物溶剂的能力。但是大多数人造普通水凝胶的机械强度很差，容易变形，并且随着含水量的不同发生溶胀和消溶胀。传统上提高水凝胶强度的方法主要集中在改善水凝胶的交联密度上，但是仅仅通过提高交联密度并不能从根本上提高水凝胶的强度，并且还会大大降低水凝胶的柔韧性，使水凝胶变得很脆。美国哈佛大学的研究人员开发出了高弹性和高韧性的水凝胶，其成分是海藻酸盐和聚丙烯酰胺Highly stretchable and toughhydrogels, Nature, 2012,489 (7414): 133-136。这两种物质单独形成的水凝胶弹性和韧性都不大，但如果把它们按一定比例混合起来在水中聚合，会得到一种新型水凝胶。虽然新型水凝胶中约90%是水，但其弹性超强，可以拉伸到原有长度的20倍以上而不断，之后还能够自行恢复原状。它的韧性也很好，把一块这样的水凝胶掰断，需要耗费的能量与掰断一块天然橡胶差不多。水凝胶经过冷冻干燥、逐级脱水后可得到多孔干凝胶材料，目前还没有干燥后的水凝胶用于过滤有机溶剂的报道。本专利技术制备一种用于有机物溶剂过滤的杂化凝胶膜，其特征是该杂化凝胶膜以海藻酸钠为高分子骨架，以丙烯酰胺及其衍生物为聚合单体，加入化学交联剂和离子交联剂，以水溶性化合物为致孔剂，引发聚合形成高强度高韧性的双交联网络水凝胶，洗脱掉致孔剂后，经逐级脱水得到干燥的杂化凝胶膜用于有机物溶剂中的过滤。本专利技术制备的杂化凝胶膜可耐0.02-lMPa的压力，适用有机溶液范围广，该制备方法工艺简单，成本低，可通过控制梯度醇类的配比和脱水时间控制膜孔大小和分布。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是常用高分子膜不能用于有机溶剂过滤、及有机溶剂过滤膜膜孔难以控制等问题。本专利技术解决所述常用高分子膜不能用于有机溶剂过滤、及有机溶剂过滤膜膜孔难以控制等问题的技术方案是设计一种用于有机物溶剂过滤的杂化凝胶膜。·本专利技术提供了，其特征是包括以下步骤:a)称取5_15g聚合单体，0.5_2g海藻酸钠，聚合单体质量百分比0.03%-0.15%的化学交联剂，聚合单体质量百分比1% -100%的致孔剂,一起溶于50-100ml去离子水中，搅拌溶解均匀，然后加入聚合单体质量百分比0-100%的增强剂，超声分散均匀后得到铸膜液，放置于4°C _30°C的密闭容器中备用；b)配制金属离子质量百分比为0.01% -10%的金属盐水溶液，作为离子交联剂；c)向铸膜液中加入聚合单体质量百分比0.1% -5%的过硫酸铵，聚合单体质量百分比0.1%-5%的亚硫酸氢钠和聚合单体质量百分比0.01%-2%的四甲基乙二胺，搅拌分散均匀后，立即将该溶液倒入干燥清洁的玻璃片上，用刮膜棒刮出厚度为20-2000μπι的均匀的膜，真空脱气泡，在N2保护下引发聚合，反应0.5-24h，得到化学交联的杂化水凝胶膜；d)将步骤c)得到的化学交联的杂化水凝胶膜用步骤b)得到的离子交联剂浸泡0.5_24h，用去离子水洗去致孔剂，得到多孔杂化水凝胶膜；e)将步骤d)得到的多孔杂化水凝胶膜用梯度醇类逐级脱水，控制膜孔的大小和分布，最后使杂化凝胶膜中的水和醇类挥发干净，得到干燥的用于有机物溶剂过滤的杂化凝胶膜。本专利技术所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、二氯甲烷、正己烷、环己烷、苯、甲苯、二甲苯、四氯甲烷、氯仿、乙醚、环氧丙烷、醋酸乙酯、丙酮、乙腈、苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯和三乙醇胺中的任意一种或两种以上混合物。本专利技术所述的聚合单体的为双丙酮丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的任意一种或两种以上混合物，所述的金属盐水溶液为硫酸铜、氯化锌、氯化钡、氯化铁、氯化铝、氯化钙、磷酸二氢钙、硫酸钙、硝酸钙、葡萄糖酸钙、磷酸氢钙、乳酸钙水溶液中的任意一种或两种以上混合物。本专利技术所述的交联剂为二乙烯基苯、二异氰酸酯、N，N'-亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯、羟甲基三聚氰胺醚化物中的任意一种或两种以上混合物。本专利技术所述的增强剂为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米羟基磷灰石、纳米粘土、碳纳米管、石墨烯、纳米碳酸钙、纳米氧化锌中的任意一种或两种以上混合物。本专利技术所述的引发聚合方式为自由基引发、紫外光引发、微波辐射引发、高能电子束引发、伽马射线引发、等离子体引发中的任意一种。本专利技术所述的致孔剂为聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、尿素、硫氰酸钠、聚乙烯醇、聚维酮、明本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于有机物溶剂过滤的杂化凝胶膜，其特征是该杂化凝胶膜以海藻酸钠为高分子骨架，以丙烯酰胺及其衍生物为聚合单体，加入化学交联剂和离子交联剂，以水溶性化合物为致孔剂，引发聚合形成高强度高韧性的双交联网络水凝胶，洗脱掉致孔剂后，经逐级脱水得到干燥的杂化凝胶膜用于有机物溶剂中的过滤；有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、二氯甲烷、正己烷、环己烷、苯、甲苯、二甲苯、四氯甲烷、氯仿、乙醚、环氧丙烷、醋酸乙酯、丙酮、乙腈、苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯和三乙醇胺中的任意一种或两种以上混合物。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵孔银，崔文葵，魏俊富，张新新，徐策，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。