[发明专利]一种碱式扩散渗析专用聚乙烯醇/磷钨酸负载介孔二氧化硅杂化膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种碱式扩散渗析专用聚乙烯醇/磷钨酸负载介孔二氧化硅杂化膜的制备方法。通过模板法制备了具有六方孔结构的介孔二氧化硅(SBA‑15)，将磷钨酸通过真空吸附的方式负载于其孔道内，并将其与预交联的聚乙烯醇溶液在超声分散下直接共混制备杂化膜，制备的杂化膜可以作为碱式扩散渗析用膜。本发明通过改变介孔二氧化硅及磷钨酸的添加量制备了一系列离子通量和选择性较高的杂化膜，得出性能较佳的杂化膜的氢氧根渗透系数(U_OH)为0.0115‑0.0175m/h，分离系数(S)为45.9‑88.8，含水量(W_R)为98.4‑196.6％，溶胀度为124.6‑160.2％。

技术领域

本发明涉及一种有机无机杂化膜的制备方法。具体来说是一种碱式扩散渗析专用聚乙烯醇/磷钨酸负载介孔二氧化硅杂化膜的制备方法。

背景技术

有机无机杂化膜作为一种性能优异的新型膜材料，兼顾了有机膜易于加工、成膜性好和无机膜耐腐蚀、耐高温等优点；制备杂化膜的有机材料主要有：聚偏氟乙烯、聚砜、聚氨酯、壳聚糖和聚乙烯醇等；无机材料主要有活性炭，纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化铝及其他改性后的无机物。其中聚乙烯醇是一种常见的膜材料，其亲水性好，成膜性好，易于加工且价格便宜；而无机材料中介孔二氧化硅以其独特的孔道结构，较大的表面积，水热稳定性高被越来越多的应用于各种吸附及分离的膜材料中。

磷钨酸是一种多功能新型绿色催化剂，因其较强的离子传导能力，既可以作为质子传导膜又可作为扩散渗析用膜；介孔二氧化硅SBA-15由于其孔径大且分布均匀，孔壁较厚，水热稳定性好，常被用作磷钨酸的载体材料，应用于催化及质子交换膜方面；本发明通过真空吸附法制备了磷钨酸负载SBA-15复合材料，并将其与预交联的聚乙烯醇溶液直接共混，制备出具有高离子通量和选择性的碱式扩散渗析专用杂化膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碱式扩散渗析专用聚乙烯醇/磷钨酸负载介孔二氧化硅杂化膜的制备方法，提供一种工艺简单、离子渗析系数和选择性高的新型碱式扩散渗析专用膜。

本发明的优点在于：

1.将磷钨酸通过真空吸附的方式负载于介孔二氧化硅中(如附图1和2)，不仅解决了磷钨酸易溶于水、回收难的问题，而且磷钨酸作为新型绿色催化剂，具有Keggin结构，可以自由通过水分子、醇及其他极性小分子而阻挡大分子。

2.磷钨酸不仅可以与介孔二氧化硅和聚乙烯醇分子链上的羟基形成氢键，增加有机无机共混体系的相容性和膜的致密性，而且稳定性好，超过200℃才失去结晶水，470℃下才开始分解，在水溶液中可以解离氢离子，自身带负电荷基团可以增加膜的亲水性和离子通量。

3.得到的杂化膜具有适中的含水量和溶胀度(如附图3)，是膜亲水组分聚乙烯醇、磷钨酸及疏水组分二氧化硅的添加量及其分子间产生作用力协同作用的结果。

本发明一种碱式扩散渗析专用聚乙烯醇/磷钨酸负载介孔二氧化硅杂化膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)介孔二氧化硅的制备：称取8g P123模板剂于三口烧瓶中，加入2mol/L的盐酸240mL，在40℃下搅拌至模板剂完全溶解，利用恒压滴定漏斗在20分钟内加入10mLTEOS，滴加完毕后在40℃下搅拌20小时，然后升温至100℃，陈化24小时后将所得白色沉淀物抽滤，50℃下干燥16小时，索氏提取24小时，索提温度为85℃，将二氧化硅抽滤、干燥、备用。

(2)磷钨酸真空吸附于二氧化硅步骤：分别称取步骤(1)介孔氧化硅0.08g、0.12g、0.16g于不同的100mL三口烧杯中，用油泵真空抽介孔氧化硅中的空气和杂质，抽真空时间为20分钟。分别称取介孔氧化硅40wt％和80wt％的磷钨酸溶于10mL去离子水，缓慢滴加至三口烧瓶中，滴加10分钟完全后，继续抽真空10分钟；