[发明专利]高溶胶含量Mullite-聚醚砜杂化分离膜的制备

说明书

技术领域

本发明属于聚醚砜-无机复合膜的制备领域，特别涉及一种高溶胶含量Mullite-聚醚砜杂化分离膜的制备。

背景技术

聚醚砜(PES)是英国ICI公司在1972年开发的一种综合性能优异的非晶性热塑性高分子材料，是目前的大应用的为数不多的特种工程塑料之一。PES的玻璃化温度高达225℃，在130～140℃的热水和水蒸汽中，结构不会受到破坏，其结构式如下：

聚醚砜具有优良的耐热性能、物理机械性能、绝缘性能和生物相容性，特别是具有可以在高温下连续使用和在温度急剧变化的环境中仍能保持性能稳定等突出优点。常作为超滤、纳滤膜材料，在水处理、生物医学和食品领域的分离和纯化方面具有广泛的应用。但是PES膜疏水性强，在处理水基体系时膜阻力大、通量小且易被污染，必须通过亲水化改性来提高膜的抗污染能力和降低膜过程运行的动力消耗。

莫来石(Mullite)又称富铝红柱石，是一种链状硅酸盐矿物，属于斜方晶系，它是Al₂O₃-SiO₂二元系统中唯一稳定的化合物。莫来石具有出众的物理化学性能，如很高的热稳定性，耐热度最高可达1790℃以上；较低的热膨胀和热传导系数，同时高温下抗蠕变性能优异、耐腐蚀，力学强度和韧性较高，其它常见的陶瓷材料在某些方面不能和莫来石相比。所以莫来石被视为绝佳的耐火材料尤其是在空气或富氧环境中有着其它非氧化物材料无法比拟的优势。

有机-无机杂化膜在有机基体中引入无机组分，使其兼有有机膜和无机膜的双重优点，成为了目前的膜材料改性的主要方向之一。目前，文献报道的聚醚砜-无机复合膜常用的无机纳米粒子有二氧化钛，氧化铝、氧化硅等，但是由于此种方法是将无机纳米颗粒直接添加在铸膜液中，无机颗粒只是简单的分散在聚醚砜溶液中，在提高聚醚砜的性能上效果并不显著，此外，这种方法对无机颗粒的粒径要求较高，且分散无机颗粒耗时长，易团聚。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高溶胶含量Mullite-聚醚砜杂化分离膜的制备方法，该方法简单，成本低，对设备的要求不高，制备的Mullite-聚醚砜杂化分离膜中溶胶含量高，溶胶中氧化物含量范围可调。

本发明的一种高溶胶含量Mullite-聚醚砜杂化分离膜的制备方法，包括：

(1)制备莫来石(Mullite)溶胶：

将可溶铝盐溶解于可溶聚醚砜的溶剂中，用酸调节溶液的pH值为1～3，然后加入铝醇盐，反应10-40min后，加入硅酯，常温下水解12-36h，最后于75-85℃进行缩聚反应10-60h，得到Mullite溶胶，旋转蒸发待用；

(2)制备铸膜液：

将聚醚砜溶解于溶剂中，在搅拌状态下加入步骤(1)得到的Mullite溶胶，搅拌2～5h，室温下静置脱泡，得铸膜液；

(3)制膜：

将上述铸膜液制备成膜，静置后浸入凝固浴中，在去离子水中浸泡后，取出烘干即得Mullite-聚醚砜杂化膜。

步骤(1)中所述的可溶聚醚砜的溶剂为N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)中的一种或几种。

步骤(1)中所述的可溶铝盐为AlX₃(X＝F-、Cl-、Br^-、I-)、Al(NO₃)₃、Al₂(SO₄)₃、醋酸铝中的一种或几种。

步骤(1)中所述的铝醇盐为异丙醇铝、乙醇铝、正丁醇铝、仲丁醇铝、叔丁醇铝中的一种或几种。

步骤(1)中所述的硅酯为硅酸甲酯、正硅酸四乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯中的一种或几种。

步骤(1)中所述的酸为盐酸、硝酸、硫酸、醋酸中的一种或几种。

步骤(1)中所用的可溶铝盐、铝醇盐和硅酯中Al与Si的摩尔比为3∶1。

步骤(2)中所述的溶剂为N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)的一种或几种。

步骤(2)中所述的聚醚砜的用量占铸膜液重量的12.5～25％；所述的mullite溶胶中氧化物含量占聚醚砜质量的1％～90％。

步骤(3)中所述的制备成膜所用的制备方法为刮膜法、干-湿法纺丝技术、湿法纺丝技术或离心浇铸法。