[发明专利]一种双硅烷前体二氧化硅复合膜、其制备方法及应用

说明书

本发明提供一种以双硅烷作为前体物质的二氧化硅复合膜，以α‑氧化铝作为支撑体，依次在支撑体上涂敷底层和顶层。底层是将大、小氧化铝颗粒溶胶依次在支撑体表面反复涂敷、煅烧得到；顶层是由两种硅烷前体和酸性催化剂以1:(0.1～0.5)的比例混合后在冰浴条件下生成前驱体溶胶在支撑体上经反复涂敷、煅烧制得，该膜具有良好的水热稳定性。与单硅烷前体制备的二氧化硅复合膜相比，具有更高的渗透通量。

技术领域

本发明涉及复合膜技术领域，具体涉及一种二氧化硅复合膜、其制备方法及应用。

背景技术

渗透汽化是一种用于液体分子混合物分离的绿色节能膜工艺，将膜渗透和蒸发两个过程相结合，应用于液体分子混合物的选择性分离。目前渗透汽化在各种膜技术中发挥越来越重要的作用。但是，在常见分子筛膜的实践应用中，分子筛膜的不耐酸性限制了其发展。二氧化硅膜耐酸性优异，具有较高的研究价值，拥有广阔的应用前景。

现有技术的二氧化硅膜多用于气体分离，不应用于渗透汽化领域，是因为其水热稳定性差；少数用于渗透汽化领域的二氧化硅膜通量较低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于，提供一种耐酸、水热稳定性好的二氧化硅复合膜。本发明要解决的另一个技术问题是，本发明提供一种以溶胶凝胶法为基础的双硅烷前体二氧化硅复合膜的制备方法。还提供了复合膜的应用。

本发明的技术方案是，一种双硅烷前体二氧化硅复合膜，包括氧化铝支撑体，在支撑体表面设有底层，底层的表面为顶层；所述底层为粘结剂混合颗粒大小不同的氧化铝颗粒；所述顶层为含有1，2-双(三乙氧基硅基)乙烷和甲基三乙氧基硅烷的酸性溶胶层；所述复合膜厚度为3～5μm。

根据本发明的双硅烷前体二氧化硅复合膜，优选的是，所述氧化铝支撑体为α-Al₂O₃支撑体。α-Al₂O₃支撑体为中空管状，内径为8-11mm，外径为10-14mm，平均孔径约1-5μm。

大颗粒溶胶是由1.8-2.2μm氧化铝颗粒与粘结剂混合得到，氧化铝颗粒占粘结剂15～30wt％的质量比；小颗粒溶胶是0.1-0.3μm的氧化铝颗粒与粘结剂混合得到，氧化铝颗粒占粘结剂15～30wt％的质量比。

本发明还提供了上述双硅烷前体二氧化硅复合膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)对支撑体进行预处理，干燥备用；

(2)制备大、小颗粒溶胶和前驱体溶胶制备：大颗粒溶胶是由1.8-2.2μm氧化铝颗粒与粘结剂混合得到，氧化铝颗粒占粘结剂15～30wt％的质量比；小颗粒溶胶是0.1-0.3μm的氧化铝颗粒与粘结剂混合得到，氧化铝颗粒占粘结剂15～30wt％的质量比；

前驱体溶胶是由以1，2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为前体物质在酸性催化剂下通过溶胶凝胶法制得；

(3)支撑体预热后浸入大颗粒溶胶中，室温干燥后，煅烧2-4小时，重复数次；再将小颗粒溶胶涂敷在支撑体表面，室温干燥后，煅烧2-4小时，重复数次，得到负载氧化铝颗粒的底层支撑体；

(4)上一步得到的支撑体预热后浸入溶胶中，将前驱体溶胶涂敷到步骤(3)中得到的底层表面，经过干燥、煅烧，得到二氧化硅复合膜，从涂覆到干燥煅烧，该过程重复数次。

步骤(4)中，每次涂覆完都需要干燥煅烧，目的是使溶胶在支撑体表面固化。

根据本发明的双硅烷前体二氧化硅复合膜的制备方法，优选的是，步骤(1)所用支撑体为α-Al₂O₃支撑体；所述干燥为经超声处理后真空干燥。预处理过程：先将α-Al₂O₃支撑体进行超声处理，处理时间约为0.1-1h，然后将支撑体放入真空干燥箱中干燥。