[发明专利]一种疏水纳米介孔分子筛填充PDMS复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及渗透汽化膜分离技术领域，特别涉及可用于渗透汽化分离碳酸二甲酯/甲醇共沸液的一种疏水纳米介孔分子筛填充PDMS复合膜的制备方法。

背景技术

碳酸二甲酯(DMC)是环境友好型的化学品。它可以代替光气、硫酸二甲酯等作为甲基化剂和羰基化剂，合成多种绿色高新精细化学品。同时，它作为一种绿色低毒溶剂，在涂料、医药、农药等行业有广泛的应用。DMC工业生产得到甲醇(MeOH)/DMC共沸混合物，常压下，共沸物中DMC质量分数为30％。采用加压精馏法进行分离所需能耗高，大幅提高了DMC的生产成本，因而严重制约了DMC的应用。渗透汽化法(Pervaporation，简称PV)是用于液(汽)体混合物分离的一种新型膜技术，它利用组分通过致密膜溶解和扩散速度的不同实现分离，不受气液平衡限制，具备能耗低、效率高、环境友好等优点。尤其在传统分离手段难以处理的共沸物(如乙醇和水的分离、碳酸二甲酯和甲醇的分离)、近沸点物系的分离等领域中显示出独特的优势。

聚二甲基硅氧烷(PDMS)兼具有机聚合物及无机材料的特性，是一种典型的憎水性膜材料，对碳酸二甲酯具有优先选择透过性。同时，它具有优良的耐臭氧及电晕放电性能，还具有良好的透气性、憎水性、表面张力、化学及生理惰性等，是目前人们研究最多的优先透碳酸二甲酯膜材料之一。但是PDMS在MeOH/DMC共沸混合物中抗溶胀性差，一般采用填充无机粒子抑制膜的溶胀，尤其是填充无机分子筛，不仅能增加物理交联度，同时也可以为小分子透过提供孔道。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种疏水纳米介孔分子筛填充PDMS复合膜的制备方法，具有分离选择性好，抗溶胀性强，膜的运行性能稳定的特点。

本发明所提供的渗透汽化膜是复合膜，支撑层为聚酯无纺布，底膜为多孔超滤膜，致密分离层为疏水性纳米介孔分子筛填充PDMS膜，介孔分子筛的质量填充比为2％-100％。

一种疏水纳米介孔分子筛填充PDMS复合膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、纳米介孔分子筛的疏水修饰

将纳米介孔分子筛溶于有机溶剂，配制质量浓度为5％-50％的溶液，搅拌分散，向溶液中滴加硅烷偶联剂，硅烷偶联剂质量与纳米介孔分子筛的质量比为10％-100％，在30℃-100℃搅拌6-36h，过滤后用有机溶剂洗涤，在100℃-300℃下烘干，制得疏水修饰的纳米介孔分子筛；

步骤二：疏水纳米介孔分子筛填充PDMS铸膜液的制备

将RTV615加成型PDMS-A和RTV615加成型PDMS-B按质量比1∶1-1∶2溶于有机溶剂中，搅拌均匀，配制成RTV615加成型PDMS-A的质量占总质量30wt％-80wt％的溶液1；将缩合型PDMS、交联剂、催化剂二月硅酸二丁基锡按缩合型PDMS∶交联剂∶催化剂的质量比为30∶3∶1溶于有机溶剂中，搅拌均匀，配制成缩合型PDMS占溶液总重量30wt％-80wt％的溶液2；向上述溶液1或溶液2中加入步骤一中制备的疏水纳米介孔分子筛，疏水纳米介孔分子筛质量与PDMS的质量比为2∶100-100∶100，搅拌均匀，制得铸膜液；

步骤三、疏水纳米介孔分子筛填充PDMS复合膜的制备

用步骤二中的铸膜液在多孔超滤底膜上刮膜，在烘箱中保持80℃-120℃烘干4-10小时，使其完全交联，制得复合膜。

步骤一中所述的纳米介孔分子筛为纳米介孔分子筛MCM-41，MCM-48中的一种。

步骤一中所述的有机溶剂是甲苯、正庚烷、正己烷、环己烷或丙酮中的任意一种。

步骤一中所述的硅烷偶联剂是三甲基氯硅烷、三乙基氯硅烷、辛基三氯硅烷、十二烷基三氯硅烷、十六烷基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷或辛基三甲氧基硅烷中的一种。

步骤二中所述的有机溶剂是甲苯、正庚烷、正己烷或环己烷中的任意一种。

步骤二中所述的缩合型PDMS是107胶，108胶的任意一种，其粘度为5000～50000mpa·s。

步骤二中所述的交联剂是苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯或辛基三甲氧基中的任意一种。

步骤三中所述的多孔超滤底膜是聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚酰亚胺(PEI)或聚砜(PS)中的任意一种。