[发明专利]一种有机无机复合介孔膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机无机复合介孔膜及其制备方法和应用，属膜材料领域。

背景技术

随着介孔材料在催化化学和石油化工等领域中的广泛应用，近年来，将介孔材料组装在多孔氧化铝膜中形成无机复合介孔膜的研究引起了人们的关注。英国出版的《Nature Materials》杂志2004年第3期上的“Self-assembly of a silica-surfactant nanocompositein a porous alumina membrane”一文中公开了一种在多孔氧化铝膜中组装一维介孔二氧化硅棒状物制备无机复合介孔膜的方法。然而，这种无机复合介孔膜的不足之处在于：所采用的原材料多孔氧化铝膜的成本高，且该膜柔韧性差、脆易碎、在弱酸或者弱碱性环境下因分解而极不稳定，特别是所制备的无机复合介孔膜经过焙烧除去表面活性剂之后，更容易出现膜内介孔材料的收缩和膜更脆易裂的问题，因此该无机复合介孔膜在实际应用中具有很大的局限性。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的无机复合介孔膜的缺点，提供一种有机无机复合介孔膜及其制备方法和应用。

本发明的技术方案

一种有机无机复合介孔膜的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)前驱液的制备

(a)、离子型表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)

将原料无水乙醇，正硅酸乙酯(TEOS)和HCl按照摩尔比1.6∶0.56∶2.8×10^-5投料混合，缓慢搅拌均匀后，形成溶液A，其中HCl用浓度为2.8mmol/L的盐酸溶液配制；

按照无水乙醇，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和HCl摩尔比为3.1∶0.042∶2.2×10^-3配制B混合液，其中HCl用浓度为55mmol/L的盐酸溶液配制；

将所形成的A溶液在60℃的水浴条件下冷凝回流90min；然后往A溶液中加入B混合液，在25～30℃下搅拌反应30min后，冷却至室温25℃即得到含CTAB的前驱液，其中A溶液及B混合液的配比按体积比为1∶2；

(b)、非离子型表面活性剂为EO₂₀PO₇₀EO₂₀(P123)

将原料无水乙醇，HCl和去离子水按照摩尔比0.31∶1.2×10^-3∶0.11投料混合均匀后置于三颈烧瓶中，然后，在缓慢搅拌状态下形成混合液C，其中HCl用浓度为12mol/L的盐酸溶液配制；

往上述混合液C中添加1.7×10^-4mol非离子型表面活性剂表面活性剂EO₂₀PO₇₀EO₂₀(P123)，直至P123全部溶解，并将盛有该混合溶液C的三颈烧瓶置于油浴中，在60℃的温度下，缓慢搅拌反应1h后，再逐渐滴加0.10mol的正硅酸乙酯，并且在60℃的油浴温度下搅拌老化12h，然后冷却至室温25℃即得到含P123的前驱液；

其中非离子型表面活性剂P123还可以选用F127；

(2)抽滤、无机介孔材料组装

将制备步骤(1)获得的含有CTAB或者P123的前驱液经多孔有机多孔膜抽滤3次，每次抽滤之间，在抽滤状态下间隔5分钟，即得含有表面活性剂CTAB或者P123的有机无机复合介孔膜；其中有机多孔膜为聚碳酸酯膜或聚偏氟膜；多孔聚碳酸酯膜的膜直径47mm，孔直径200μm，空隙率10％～15％；

(3)膜内表面活性剂的洗脱

将步骤(2)制备的含有表面活性剂CTAB或者P123的有机无机复合介孔膜置于质量百分比浓度37.5％的浓盐酸和无水乙醇按体积比为1∶5所组成的混合溶液E中，在60～80℃恒温油浴下，浸泡2～3h以萃取洗脱膜内的表面活性剂CTAB或者P123，后分别用去离子水和95％乙醇洗涤3次，最后将有机无机复合介孔膜置于60℃烘箱中干燥3h后，即得本发明的有机/无机复合介孔膜。

本发明的一种有机无机复合介孔膜的制备方法，当制备步骤(1)中的表面活性剂采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)时所得的有机无机复合介孔膜内的介孔材料的孔径直径为3.0nm；当制备步骤(1)中的表面活性剂采用EO₂₀PO₇₀EO₂₀(P123)时所得的有机无机复合介孔膜内的介孔材料的孔径直径为8.0nm。

本发明的技术效果