[发明专利]聚乙烯亚胺-单宁酸/水解聚丙烯腈超薄复合膜及制备和应用

说明书

本发明公开了一种聚乙烯亚胺‑单宁酸/水解聚丙烯腈超薄复合膜，该超薄复合膜厚度小于为300nm，由聚乙烯亚胺层和单宁酸层构成，利用聚乙烯亚胺和单宁酸进行反应性的层层自组装形成，其中，聚乙烯亚胺溶液、单宁酸溶液的交替组装次数为1.5‑5.5。其制备过程包括：制备聚丙烯腈超滤膜水解；配制聚乙烯亚胺溶液和单宁酸溶液，并用HCl和NaOH分别调聚乙烯亚胺溶液和单宁酸溶液的pH；利用聚乙烯亚胺溶液，单宁酸溶液在摇床中的交替组装。本发明超薄复合膜的制备方法简便，膜内共价作用强，制得的膜材料用于渗透蒸发乙醇脱水，具有较好的渗透通量和分离因子。

技术领域

本发明涉及聚乙烯亚胺-单宁酸/水解聚丙烯腈超薄复合膜及制备和应用，属于复合膜技术领域。

背景技术

随着工业化进程的加快，人类生产活动对能源的需求量不断增加，能源短缺已经成为制约人类社会发展的关键问题之一。燃料乙醇作为一种新型可再生的液体燃料，具有很好的应用前景。其生产方法主要是多糖类发酵法，由于细菌自身特性，获得的原料中水含量高，因此必须脱水，这是生产燃料乙醇耗能最大的步骤。作为一种绿色节能的乙醇脱水技术，膜分离在乙醇脱水领域具有广阔的应用前景。

膜分离中的醇水分离依赖于渗透蒸发技术，其关键在于获得高性能膜材料。依据渗透蒸发的溶解扩散机理，高性能的膜材料需要同时具备高溶解选择性和扩散选择性，以促进水的吸附和跨膜扩散。聚乙烯亚胺是一种水溶性高分子，有吸湿性，其水溶液自身带正电。单宁酸是有较强粘附能力的多酚化合物，广泛存在于植物中，具有廉价易得的优点。层层自组装是一种常用的制备超薄复合膜的方法，但传统制备技术制备超薄膜多是基于静电作用或氢键，制得的膜稳定性不够好，而基于化学反应制备的层层自组装膜则更为稳定。到目前为止，聚乙烯亚胺-单宁酸/水解聚丙烯腈超薄复合膜用于渗透蒸发未见文献报道。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供一种聚乙烯亚胺-单宁酸/水解聚丙烯腈超薄复合膜及制备和应用，本发明基于多酚与氨基在弱碱性，常温常压下即可发生希夫碱/迈克尔加成反应的原理，利用聚乙烯亚胺和单宁酸进行反应性的层层自组装。本方法制备的膜材料用于渗透蒸发乙醇脱水，具有较好的渗透通量和分离因子。

本发明提出的一种聚乙烯亚胺-单宁酸/水解聚丙烯腈超薄复合膜，该复合膜由聚乙烯亚胺层和单宁酸层构成；利用聚乙烯亚胺和单宁酸进行反应性的层层自组装形成，其中，聚乙烯亚胺溶液、单宁酸溶液的交替组装次数为1.5-5.5。

本发明提出的一种聚乙烯亚胺-单宁酸/水解聚丙烯腈超薄复合膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将聚丙烯腈超滤膜放入摩尔浓度为1.5mol/L的氢氧化钠溶液中热处理1h，用蒸馏水冲洗晾干，得到水解聚丙烯腈超滤膜，记作膜A；

步骤二、室温下，配制质量体积浓度为2-4g/L的聚乙烯亚胺溶液，并用摩尔浓度为0.5mol/L的HCl溶液调节pH为8-10，得到溶液A；

步骤三、室温下，配制质量体积浓度为2g/L的单宁酸溶液，并用摩尔浓度为0.5mol/L的NaOH溶液调节pH为8-10，得到溶液B；

步骤四、将步骤一得到的膜A，在摇床上交替浸泡在溶液A和溶液B中，浸泡在溶液A和溶液B后均水洗；浸泡时间为15分钟，温度为30℃；交替浸泡的次数为1-5次；

步骤五、将步骤四获得的膜，在摇床上浸泡在溶液A中，并水洗，浸泡时间为15分钟，温度为30℃；

步骤六、对步骤五处理后的膜在室温下静置干燥，获得聚乙烯亚胺-单宁酸/水解聚丙烯腈超薄复合膜。

进一步讲，聚乙烯亚胺溶液的质量体积浓度优选为2g/L或4g/L。溶液A和溶液B的pH值优选为8或10。