专利名称：无机粒子复合的聚氨酯渗透汽化苯酚/水分离膜的制备方法
技术领域：
:本发明涉及一种可用于渗透汽化法分离苯酚/水的无机粒子复合的聚氨酯膜的制备方法，属于渗透汽化膜分离技术领域。
背景技术：
:渗透汽化(Pervaporation, PV)是在液体混合物组分的蒸汽压差推动下，利用组分通过膜的溶解与扩散速率的不同来实现组分分离的过程。它是一种非常有前景的膜分离技术，而且越来越被公认为能替代传统分离方法如蒸馏和液液萃取的节能高效技术，可应用于有机溶剂脱水、水中除去有机物(如芳香族化合物)、极性/非极性分离(如醇/脂肪族化合物)、饱和/不饱和分离(如环己烷/苯)、异构体分离(如二甲苯异构体)等方面，被学术界认为是21世纪化工领域最有前途的高新技术之一。相对于传统方法，渗透汽化膜分离技术具有投资少、操作费用低、分离效率高、易于规模化、可扩充性好、便于控制、易更换等显著优点，已经在水中有机物回收领域显示出了良好的经济优势。由于涉及到了渗透物与膜、渗透物组分之间的复杂相互作用，以溶解-扩散模型来描述渗透汽化传质过程最为普遍。按照此种模型，其分离过程可分为以下三步:(I)分离物质在膜表面上选择性地被吸附、溶解，因为膜对不同组分的亲和力不同，而且不同组分在膜中的溶解度也不同。通常所选的膜对料液中含量较少组分有较好的亲和力，因此该组分在膜中得到富集，其浓度会大大高于溶液中浓度。大量实验证明，溶剂在膜中的溶解度是决定膜选择性的决定性因素。料液组分在膜中的溶解度差别越大，膜分离效果越好。此步骤与分离组分和膜材料的热力学性质有关，属于热力学过程。(2)溶解在膜上游侧表面的组分在分压差(化学位梯度)的作用下，以分子扩散的形式由上游侧向下游侧扩散。由于组分在膜中的扩散速度与其在膜中的溶解度有关，溶解度较大的组分通常具有较大的扩散速度，而后得到进一步富集，膜的选择性进一步得到提高。该步骤为渗透汽化速率的控制步骤，涉及到速率，属动力学过程。(3)在下游侧，渗透组分变成气相后脱附而与膜分离。由于在一般操作中，气相侧的压力总是能够达到低于液相侧组分的饱和蒸汽压，因此只要真空度足够高，脱附过程不会构成整个渗透汽化过程的传质阻力，对混合物分离的选择性不会产生影响。评价渗透汽化膜的性能主要有两个指标，即膜的渗透通量和选择性。I)渗透通量，其定义式为:式中，M为渗透过膜的渗透液质量；A为膜面积，m2 ；t为操作时间，h J为渗透通量,kg/(m2 *h)或g/(m2 *h)。如为均质膜,贝U在此基础上再乘以膜的厚度(一般以为单位)，则 J 的单位为 kg ii m/ (m2 h)或 g u m/ (m2 h)2)分离因子a，其定义式为:
权利要求
1.机粒子复合的聚氨酯渗透汽化苯酚/水分离膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)无机粒子复合的聚氨酯的合成 在装有氮气保护、机械搅拌和冷凝回流管的三口瓶中加入端羟基聚丁二烯和N，N-二甲基乙酰胺，30°C -60°C水浴加热的条件下搅拌形成均匀溶液后，滴加入甲苯二异氰酸酯和催化剂二月桂酸二丁基锡，其中甲苯二异氰酸酯单体的摩尔数为端羟基聚丁二烯的2倍，反应0.5-1小时得到甲苯二异氰酸酯封端的预聚物溶液；然后加入用N，N- 二甲基乙酰胺配置的4，4’ - 二胺基二苯甲烷溶液和环糊精溶液，以及二氧化硅或碳纤维粉溶液，固含量保持在20-25%之间，将温度升高到60°C进行扩链反应0.5-1小时，最终得到均匀粘稠的有机-无机复合的聚氨酯溶液；SiO2是与扩链剂同时加入进行交联和填充，碳纤维粉是分两种情况:与扩链剂同时加入或扩链结束前5分钟加入进行填充; 2)无机粒子复合的聚氨酯膜的制备 将I)中得到的聚氨酯溶液进行真空脱泡后在聚四氟乙烯板上流延成膜，并在室温下固化1-1.5小时，再将其移至80°C烘箱中热处理10-15小时，最终得到透明的无机粒子复合的聚氨酯膜。
2.据权利要求1的制备方法，其特征在于:所述步骤I)无机粒子复合的聚氨酯的合成中，4，4’-二胺基二苯甲烷的摩尔数为端羟基聚丁二烯摩尔数的0.5倍，环糊精的摩尔数为端羟基聚丁二烯摩尔数的0.14倍，二月桂酸二丁基锡的质量用量为端羟基聚丁二烯质量的0.2%。
3.据权利要求1的制备方法，其特征在于:所述步骤I)无机粒子复合的聚氨酯的合成中，所采用的二氧化硅或者碳纤维的质量是总固含量的5%，总固体量是端羟基聚丁二烯、甲苯二异氰酸酯、4，4’ - 二胺基二苯甲烷和环糊精的质量之和。
全文摘要
无机粒子复合的聚氨酯渗透汽化苯酚/水分离膜的制备方法属于渗透汽化膜分离领域。聚氨酯膜基本材料由单体端羟基聚丁二烯、甲苯二异氰酸酯、4，4’-二胺基二苯甲烷溶液、环糊精和二氧化硅或者碳纤维粉聚合和混合得到。制备方法为将端羟基聚丁二烯与甲苯二异氰酸酯反应得到封端预聚物，再加入4，4’-二胺基二苯甲烷和环糊精作为扩链剂进行扩链，并且加入无机改性粒子二氧化硅或者碳纤维粉(以上过程均以N，N-二甲基乙酰胺作为溶剂)，可得到聚氨酯的预聚物溶液。将该溶液在聚四氟乙烯板上流延成膜，并在室温下固化1-1.5小时，再将其移至80℃烘箱中热处理即可得到无机粒子复合的聚氨酯膜。本发明过程简单，制的膜具有良好的热、化学稳定性和机械性能。
文档编号B01D61/36GK103084077SQ20131003124
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月27日 优先权日2013年1月27日
发明者叶宏, 陈晓培, 王玉, 王静 申请人:北京工商大学