[发明专利]常压低温等离子体技术制备复合膜的方法

说明书

本发明公开了一种常压低温等离子体技术制备复合膜的方法，属于膜分离技术领域。其特征是以多孔介质为基膜，基膜静置浸泡预涂覆单体；以氩气作为放电气体，对预涂覆的基膜进行常压低温等离子体辐照，引发接枝反应；进行辐照后接枝反应制备复合膜。本发明的效果和益处是利用常压低温等离子体技术制备的复合膜具有良好的选择性和渗透通量，而且成本更低，适合规模化生产。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，涉及到一种复合膜的方法，特别涉及到一种利用常压等离子体技术制备复合膜的方法。

背景技术

蒸汽渗透或渗透汽化是混合物中的组分在蒸汽压差的推动下，利用组分在膜中溶解和扩散性能的不同来达到分离的目的。与传统的恒沸蒸馏和萃取精馏相比，渗透汽化技术具有低能耗、高效率、无二次污染等优点，被视为最有潜力取代传统方法的新技术。在有机溶剂脱水、废水中有机物的脱除以及有机/有机混合物的分离方面具有明显的技术和经济优势，特别适用于传统技术难以分离的近沸点、恒沸点混合的分离。

分离选择性、渗透通量和结构稳定性是评价渗透汽化分离膜的三个重要指标。复合膜可以分别选择适宜的分离层和支撑层材料，实现选择性、渗透性、化学和热稳定性的最优化。烷烃/芳烃渗透汽化分离要求膜材料必须对分离组分具有较好的亲和性，但是较好的亲和性会导致膜的过度溶胀，破坏膜结构的完整性，降低其分离选择性。因此，必须抑制膜的过度溶胀以获得稳定的分离性能。

为了控制膜材料的过度溶胀，提高分离膜的结构完整性和稳定性，Yamaguchi在20世纪90年代提出“接枝填充聚合”复合膜的概念，即在多孔基膜的孔内填充另一种聚合物。在渗透气化过程中，膜孔内的填充聚合物只溶于待分离混合物中某种溶剂，提供渗透选择性，多孔基膜则在有机物中不发生溶胀，可有效抑制膜的过度溶胀(摘自Macromolecules，1991，24：5522-5527)。中国专利200410015893.3公开了一种低温等离子体接枝渗透汽化膜及其制法，采用频率为13.26MHz的低压氩气等离子体在多孔基膜表面引发接枝，制备渗透汽化分离膜。但是，低压辉光放电等离子体技术需要真空设备，投资大，操作复杂，成本高，难于连续化生产，无法广泛应用于工业制造中。詹劲等采用低压辉光放电等离子体，在聚砜膜表面通过气相接枝反应改善其抗污染性能，该方法同样需要使用真空系统，而且气相接枝反应对设备要求较高，工业化难度大(摘自化工学报，2004，55(5)：747-751)。Wang等采用动态压力驱动法制备了一种在聚丙烯腈超滤基膜上复合聚乙烯醇(PVA)-氧化石墨烯(GO)杂化分离层的“孔填充”复合膜，该复合膜对50wt％甲苯/正庚烷(40℃)的分离系数高达12.9，但渗透通量只有0.027Kg/(m²·h)，工业应用价值不大(摘自Journal of MembraneScience，2014，455：113–120)。中国专利201010211258.8公开了利用常压低温等离子体技术制备的复合膜，在常压下采用氦气介质阻挡放电等离子技术制备“类海洋平台结构”的复合膜。该复合膜的制备不需要真空和密封装置，但制备周期较长，而且所使用氦气价格昂贵，导致复合膜的制造成本较高，阻碍了其工业化应用。

本发明以氩气作为放电气体，使用常压低温等离子体技术制备复合膜，不需要真空系统以及昂贵的氦气作为放电气体，可有效降低中国专利201010211258.8公开的利用常压氦气等离子体技术制备复合膜的成本，工业化前景更好。

发明内容

本发明提供了一种利用常压低温等离子体技术制备复合膜的方法，复合膜对芳烃/烷烃具有优良的分离性能，而且制备方法简便，不使用昂贵的氦气，成本低，具有很高的工业应用价值。

本发明的技术方案如下：

一种常压低温等离子体技术制备复合膜的方法，其特征在于，以不溶于芳烃的多孔介质为基膜，在单体溶液中静置浸泡预涂覆基膜，单体溶液含接枝单体和/或易引发的共聚单体；对预涂覆后的基膜进行常压等离子体辐照，引发预涂覆单体的接枝反应；辐照后的基膜进行接枝反应，制得复合膜。