[发明专利]一种MIL-101@PIM-1复合渗透汽化膜及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种MIL‑101@PIM‑1复合渗透汽化膜及其制备方法和用途。所述的制备方法为：将PIM‑1溶于有机溶剂A中，搅拌至均匀，得到混合液A；将MIL‑101(Cr)溶于DMF中，得到浓度为混合液B；将PDMS溶于正庚烷中，得到混合液C，然后向混合液C中加入正硅酸乙酯和二丁基二月桂酸锡，得到混合液D；再将混合液B与混合液D混合均匀得到MIL‑101@PIM‑1/聚合物混合溶液；将聚合物底膜浸渍在所得MIL‑101@PIM‑1/聚合物混合溶液中，然后取出在室温下晾干，在80℃下固化交联，得到MIL‑101@PIM‑1/聚合物复合渗透汽化膜，用于渗透汽化过程分离醇水混合物。本发明采用了新型MOF材料MIL‑101混入PIM‑1与传统渗透汽化材料中，降低了金属有机骨架颗粒与与聚合物间的界面缺陷，提高了膜的渗透通量和分离效果，制备方法简单。

技术领域

本发明涉及一种MIL-101@PIM-1复合渗透汽化膜及其制备方法和用途，属于功能性膜制备及分离应用的技术领域。

背景技术

渗透汽化是一种将膜渗透和蒸发结合起来的膜分离技术，用于液体分子混合物的选择性分离。传质过程一般通过溶液扩散机理和促进传输机理来描述，尽管从液体到蒸汽的相变在渗透汽化中发生，但仅需要汽化的潜热。与传统的蒸馏等分离技术相比,渗透汽化具有分离系数高、能耗低、操作简单、不引入第三组分、不受汽液平衡的限制等优点,在能源化工、食品、饮料、医药卫生、工业分离方面有着广阔的发展前景和市场潜力。与此同时,渗透汽化膜利用高分子聚合物的特性,可以制备出膜表面透水或者透醇的分离膜，并且渗透汽化分离技术具有高效、节能、易于操控等特点，这些条件使得渗透汽化膜分离技术在解决乙醇，异丙醇，丁醇分离、浓缩等问题领域可以得到相应的应用。

目前，渗透汽化膜材料主要有三类：聚合物，无机材料和复合材料。由于聚合物成本低廉，加工容易，机械稳定性好，运输可调属性，聚合物是最先也是最广泛应用的渗透汽化膜材料。但是，聚合物膜抗污染性能差，化学和热稳定性低，特别是渗透性和选择性之间存在一种固有的限制。相比之下，无机膜则有一些独特的优越性，如较高的化学稳定性和热稳定性，较高耐溶剂溶胀性，以及更有利的机械性能，很多时候，在不同的原料组成和浓度下，无机膜在高温下都能工作良好。然而，无机膜也有明显的固有限制，如成膜性能差，脆性高，因而更难以被制成理想的无缺陷膜。而此时，通过将聚合物与无机材料结合所得到的复合膜则集合了聚合物和无机物的优越属性，所以在近几年来得到了大力探索。复合膜有4种典型特征：多种相互作用，多尺度结构，多相和多功能。不同的互动之间聚合物基质和填料如氢键，π-π相互作用，范德华力，共价键或离子键，均可以被引进入复合膜。复合法是目前使用最多、最有效的渗透汽化膜制备方法。复合法是指在超滤或微滤基膜表面复合复合上一层具有纳米级孔径的超薄功能层。该法的优点是可以用不同的材料作为基膜和复合层，功能层起到理想的分离性能，而基膜起到良好的支撑作用。

目前，分离正丁醇-水体系方法大致有萃取精馏、溶盐萃取、溶剂萃取、渗透汽化等方式。其中渗透汽化是一种低耗能、不引入其他杂质的高效回收低浓度醇类方式，现存的分离膜普遍分离系数较低，所回收醇类浓度较小。

发明内容

与现有技术相比，本发明的目的是制备一种MIL-101@PIM-1复合渗透汽化膜，引入金属有机骨架颗粒MIL-101与刚性高分子聚合物PIM-1，用于渗透汽化过程分离醇水混合物，主要指正丁醇/水的分离。

本发明的技术方案：

一种MIL-101@PIM-1复合渗透汽化膜，具体按照如下方法进行制备：

(1)将PIM-1溶于有机溶剂A中，搅拌至均匀，得到混合液A；所述的PIM-1的加入量以所述的有机溶剂A的体积计为0.01～0.5g/mL；