分离有机蒸汽的pdms-kit-6复合膜及其制备方法
【专利说明】分离有机蒸汽的PDMS-KIT-6复合膜及其制备方法 【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于有机蒸汽分离的复合膜制备方法，属于膜分离技术领域。 【【背景技术】】
[0002] 在石油化工、有机合成和油气的贮存及运输过程中，常常有大量的挥发性有机污 染物排放到空气中，不仅造成有机物的浪费，而且还造成严重的环境污染。在节能减排这个 大背景下，对有机蒸汽的回收变得非常必要。
[0003] 目前，传统的工业有机蒸汽回收技术主要有冷凝法和吸附-回收法。其中吸附-回 收法是最早的有机蒸汽分离法，采用活性炭等吸附净化废气，然后用水蒸气脱附再生，具有 较好的处理效果，并且在吸附后可将高附加值的有机物分离回收，但是需要预处理除去粉 尘和油等杂质。冷凝法可以以液体方式回收有机物，但是对于低沸点的有机物则需要深冷 分离，极大增加了能耗。
[0004] 膜分离技术是在20世纪初出现、20世纪60年代后迅速崛起并引起各国竞相研究 开发的一门现代化工分离技术。同传统的化工分离技术相比，膜技术具有适用范围广、操作 灵活简便、占地面积小、运行费用低、易于维护、便于放大等诸多优点，很快得到广泛应用。
[0005] 有机蒸汽分离的核心是膜材料的选择，从膜材料的凝聚态结构来看，为提高膜的 渗透通量，应尽可能采用橡胶态膜。其中，聚二甲基硅氧烷（PDMS)膜以其高度的链迁移性 和对透过物溶解的快速响应性成为目前高分子膜材料中研究和应用的焦点。聚二甲基硅氧 烷是目前工业化应用中透气性最大的气体分离材料之一，许多国外的研究人员使用这种材 料进行VOC的回收研究，美国、日本也已经成功地把它制成富氧膜。它的缺点是透气选择性 低、超薄化困难。它的扩散系数值虽高，但因为超薄化困难，透气速率并不高，使得应用受到 一定限制。
[0006] 本发明的关键技术是制备性能优良的有机蒸汽分离复合膜。制备得到的复合膜不 仅具有良好的化学和热稳定性，渗透系数和分离效果都优于纯的硅橡胶膜。 【
【发明内容】
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[0007] 为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有机蒸汽分离的复 合膜及其制备方法，所制得的膜不仅提高了有机气体/氮气的选择性，渗透量还大幅度增 加。
[0008] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0009] -种用于有机蒸汽分离的复合膜制备方法包括以下步骤：
[0010] (1)合成表面疏水的KIT-6介孔材料。
[0011] (2)将购买的PVDF超滤膜(厚度约为200 μ m)，在超纯水中浸泡3天，去除膜中残 留杂质，随后在120°C下热处理12min，备用。
[0012] (3)将步骤1中得到的具有疏水表面的KIT-6固体材料分散到溶剂溶解后的PDMS 制膜液中，KIT-6与PDMS制膜液的质量比为2-25%，搅拌30min，然后采用超声分散脱气 30min〇
[0013] (4)将步骤3中所得的膜液用缠有0. 25mm粗铜丝的玻璃棒匀速地刮涂在步骤2中 预处理好的PVDF膜上，室温下干燥24-36h，使溶剂挥发，随后，在烘箱中KKTC反应3-6h，即 可获得所要制备的复合膜。
[0014] 本发明制得的复合膜材料组成成分为：
[0015] KIT-6介孔材料与PMDS制膜液的质量比为2-25%。
[0016] 本发明所制得的膜的分离性能由渗透量和分离因子两个参数评价。渗透系数计算 式如下：
【主权项】
1. 一种用于有机蒸汽分离的PDMS-KIT-6复合膜，其特征在于，它由以下几种组分制备 而成： 聚偏氟乙烯PVDF基膜，质量分数为60%-64. 5% ; 聚二甲基硅氧烷（PDMS)预聚物，质量分数为32. 3%-34. 9%，涂覆在所述的聚偏氟乙烯 底膜上； 表面疏水的KIT-6介孔分子筛，孔径为5. 5-7. 75nm，质量分数为0. 7%-8% ; KIT-6介孔材料与PDMS制膜液的比例为2-25%。
2. 根据权利要求1所述分离有机蒸汽的PDMS-KIT-6复合膜，其特征在于：所述的聚二 甲基硅氧烷预聚物为流动态，其粘度在5000~50000Pa. s之间。
3. -种用于分离有机蒸汽的PDMS-KIT-6复合膜的制备方法，其特征在于，复合膜的制 备步骤如下： 步骤1 :合成表面疏水的KIT-6介孔材料； 步骤2 :基膜处理 将PVDF基膜在超纯水中浸泡3天，去除膜中残留杂质，随后在120°C下热处理12min， 备用； 步骤3 :PDMS制膜液的配制 将上述质量比的聚二甲基硅氧烷（PDMS)预聚物（A)完全溶解于溶剂I中，混合均匀后 加入一定质量比的表面疏水的KIT-6介孔分子筛，然后加入一定量的交联剂和催化剂，用 量为A质量的10%，磁力搅拌均匀后，超声脱泡； 步骤4 :把步骤3中所得的PDMS制膜液涂覆在步骤2中处理过的PVDF基膜上，室温干 燥24-36h，再在KKTC下反应3-6h，即得所述的PDMS-KIT-6复合膜。
4. 根据权利要求3所述分离有机蒸汽的PDMS-KIT-6复合膜的制备方法，其特征在于： 所述步骤3中所用的溶剂I为正己烷、正庚烷、正辛烷、苯、甲苯、二甲苯中的任意一种。
【专利摘要】本发明公开了属于膜分离技术领域的一种分离有机蒸汽的PDMS-KIT-6复合膜及其制备方法。所述复合膜的制备为：首先合成表面疏水的KIT-6介孔材料，将PVDF基膜进行加热前处理后备用。将PDMS膜液溶解于正庚烷中制成均匀的制膜液，然后添加不同质量分数的KIT-6介孔材料，经过搅拌、超声脱泡后的膜液涂覆在基膜上，在一定温度下固化得到PDMS-KIT-6复合膜。本发明制备的复合膜，KIT-6在PDMS中分散均匀，且分离层致密无缺陷，与PVDF结合紧密。将制备得到的PDMS-KIT-6复合膜分别用于分离正丁烷/氮气、丙烯/氮气和丙酮/氮气，正丁烷、丙烯和丙酮的渗透系数能达到9×1014cm3（STP）cm/（cm2·s·cmHg）以上，分离因子大于16。
【IPC分类】B01D53-22, B01D69-12, B01D67-00, B01D71-70, B01D71-02
【公开号】CN104857868
【申请号】CN201410064675
【发明人】郝郑平, 王俊慧
【申请人】中国科学院生态环境研究中心
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2014年2月25日