一种耐溶剂复合纳滤膜的制备方法_2

文档序号:9427105阅读:来源:国知局
化学稳定性,在大 部分的有机溶剂中是不溶解的,具有着优异的耐溶剂性能。PANI已经被用作气体分离选择 层材料。然而到目前为止,只有英国南肯辛顿大学的学者使用PANI作为耐溶剂纳滤膜的 原料,并且进行了开创性的探索,他们系统地研究了酸掺杂对PANI纳滤膜耐溶剂性能的影 响。他们研究的成果显示了聚苯胺经过有机酸的掺杂后,纳滤膜对溶剂的通量和操作的稳 定性都有着很大的提高。虽然他们的研究成果引起了人们极大的兴趣,并且结果也是非常 有前景的,但是将聚苯胺作为选择层材料还没有加以研究,从PANI的聚合过程来看,聚合 的条件应该对符合纳滤膜的性能有着很大的影响。
[0025] 聚苯胺分子是由具有还原单元的苯环和氧化单元的醌环组成,根据二者比例的不 同,PANI可以分为氧化、半氧化、还原三种状态。聚苯胺的结构和物理化学性质强烈依赖于 合成方法和条件。聚苯胺可由苯胺单体经化学氧化聚合法、电化学聚合法、等离子聚合法、 光聚合法和酶催化氧化法等获得。其中,化学氧化聚合法和电化学聚合法的应用最为广泛。
[0026] 本实施方式制备的耐溶剂复合纳滤膜是以聚苯胺作为选择层的聚苯胺/聚丙烯 腈复合纳滤膜,该复合纳滤膜在醇类物质中具有优异的稳定性,保持高的渗透通量与截留 率,适用于应用以醇类为介质的分离体系。
[0027] 实施例2 :参照实施例1 :步骤一中所述的溶剂为N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺 或二甲基亚砜。
[0028] 实施例3 :参照实施例1或2 :步骤二中所述的苯胺-乙醇溶液中苯胺的质量分数 为 2%~15%〇
[0029] 实施例4 :参照实施例3 :步骤四中,氢氧化钠溶液处理时间为30min~120min。
[0030] 实施例5 :参照实施例4 :步骤七中所述的浓度为0· 05mol · L匕2 mol · L 1的强氧 化剂溶液中强氧化剂为过硫酸铵、三氯化铁或过氧化氢,浓度为〇. 〇5mol吨mol吨1的 强氧化剂溶液中溶剂为水。
[0031] 实施例6 :参照实施例5 :步骤七中所述的强氧化剂溶液的浓度为0. 5mol · L ^2 mol · L、
[0032] 实施例7 :参照实施例6 :步骤八中浸泡30min~80min。
[0033] 实施例8 :参照实施例7 :步骤九中浸泡30min~1000min。
[0034] 实施例9 :参照实施例8 :步骤十中所述质量分数为70%~100%的醇水溶液中醇为 甲醇、乙醇或异丙醇。
[0035] 实施例10 :参照实施例9 :步骤十中浸泡24h~100h。
[0036] 采用下述试验验证本发明效果: 试验一:一种耐溶剂复合纳滤膜的制备方法,具体是按以下步骤制备的: 一、 制备超滤基膜:首先将聚丙烯腈溶于氮甲基吡咯烷酮中,配置得到质量分数为18% 的聚丙烯腈溶液,然后利用浸没-沉淀法将质量分数为18%的聚丙烯腈溶液制成超滤基 膜; 二、 制备水解基膜:首先配置质量浓度为10%的氢氧化钠溶液和〇. lmol/L的盐酸溶液, 将膜至于氢氧化钠溶液中处理30分钟,温度为40摄氏度,用蒸馏水清洗。将膜置于盐酸中 处理3个小时,之后用蒸馏水清洗备用; 三、 配置强氧化剂溶液:配置浓度为〇. 5mol · L 1的过硫酸铵水溶液; 四、 制备含有苯胺的超滤基膜:将步骤二制备的超滤基膜浸入步骤六得到的苯胺/乙 醇溶液中,浸泡180min,然后取出,晾干后得到含有苯胺的超滤基膜; 五、 制备耐溶剂复合纳滤膜粗品:将步骤八得到的含有吡咯的超滤基膜浸入步骤七得 到的浓度为〇. 5mol · L 1的过硫酸铵水溶液中,浸泡180min,取出后晾干、得到耐溶剂复合 纳滤I吴粗品; 六、 优化处理:将步骤九得到的耐溶剂复合纳滤膜粗品浸入质量分数为100%的甲醇液 中,浸泡24h,取出后得到耐溶剂复合纳滤膜。
[0037] 采用扫描电子显微镜观察本试验制备的耐溶剂复合纳滤膜,如图1和图2所示,图 1是试验一制备的耐溶剂复合纳滤膜选择层10万倍电镜扫描图,图2是试验一制备的耐溶 剂复合纳滤膜截面5000倍电镜扫描图,通过图1和图2可以看到,本试验制备的耐溶剂复 合纳滤膜明显具有表层与支撑层结构,其表层致密,支撑层含有非对称结构,且本试验制备 的耐溶剂复合纳滤膜的表面致密,无明显的孔结构。
[0038] 采用红外光谱仪检测本试验制备的耐溶剂复合纳滤膜,检测结果如图3所示,图3 是红外光谱图,图中3100 cm-1到3600 cm-1之间的吸收带可说明复合膜中有羟基存在。 2930 cm-Ι处的峰为碳氢键的吸收峰,2250 cm-Ι处的峰为碳氮三键(氰基)的吸收峰,1700 cm-1处的峰对应复合膜中羧基的碳氧双键吸收峰。1450 cm-1到1600 cm-1之间的多峰 对应苯环的吸收峰。1660 cm-Ι和1410 cm-Ι处的峰对应酰胺键的特征吸收峰。1150 cm-1 到1300 cm-1以及1040 cm-1处的吸收峰对应聚苯胺中碳氮键的吸收峰,650 cm-1到850 cm-Ι之间的吸收峰对应苯环的吸收峰。
[0039] 通过红外图谱的分析可得知,羟基和羧基的存在可说明PAN基膜发生了水解反 应,PAN中部分氰基转化为羧基。而苯环以及碳氮键的存在可说明在基膜表面有合成聚苯 胺。此外,酰胺键的存在说明水解后的PAN基膜中的羧基与聚苯胺中的氨基发生了反应,使 PAN和PANI两相间有效的结合在一起,避免了相分离现象的发生,提高了膜性能的稳定性。
[0040] 纯溶剂渗透通量测试使用自制纳滤测试装置,在装置内部装满待测溶剂或者含有 孟加拉玫瑰红的异丙醇溶液,在装置内部加〇.5MPa压力,每隔五分钟,测试流出溶剂或者 溶液体积。对本试验制备的耐溶剂复合纳滤膜进行纯溶剂渗透通量和截留率进行检测,具 体操作过程如下:记录0h~120h内纯溶剂渗透通量和对孟加拉玫瑰红截留率,图4是溶剂渗 透通量-氧化剂浓度曲线图,图5为孟加拉玫瑰红截留率-氧化剂浓度曲线。通过图4图 5可知,适当的氧化剂浓度下,溶剂通量和截留率可以同时保证较大的数值。
[0041] 按公式(1)计算纯溶剂渗透通量,按公式(2)截留率计算;公式(1)和公式(2)如 下:
公式(1)中/^表纯溶剂渗透通量,K戈表一定时间内流出某种纯溶剂的体积,4戈表 有效面积,?代表时间,代表跨膜压差;公式(2)中#代表截留率,?代表某物质在透析液 中的浓度,G代表某物质在原料液中的浓度。
[0042] 通过对本试验制备的耐溶剂复合纳滤膜进行甲醇渗透通量、乙醇渗透通量、异丙 醇渗透通量和对孟加拉红截留率进行检测,可知甲醇渗透通量为110. 57L · m 2 · h 1 · bar \ 乙醇渗透通量为60. 41L · m 2 · h 1 · bar \异丙醇渗透通量为25. 46L · m 2 · h 1 · bar \对孟 加拉红截留率54. 62%。
[0043] 试验二:一种耐溶剂复合纳滤膜的制备方法,具体是按以下步骤制备的: 一、 制备超滤基膜:首先将聚丙烯腈溶于氮甲基吡咯烷酮中,配置得到质量分数为18% 的聚丙烯腈溶液,然后利用浸没-沉淀法将质量分数为18%的聚丙烯腈溶液制成超滤基 膜; 二、 制备水解基膜:首先配置质量浓度为10%的氢氧化钠溶液和〇. lmol/L的盐酸溶液, 将膜至于氢氧化钠溶液中处理30分钟,温度为40摄氏度,用蒸馏水清洗。将膜置于盐酸中 处理3个小时,之后用蒸馏水清洗备用; 三、 配置强氧化剂溶液:配置浓度为〇. 7mol · L 1的过硫酸铵水溶液; 四、 制备含有苯胺的超滤基膜:将步骤二制备的超滤基膜浸入步骤六得到的苯胺/乙 醇溶液中,浸泡180min,然后取出,晾干后得到含有苯胺的超滤基膜; 五、 制备
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