[发明专利]一种优先透醇无机粒子/PVDF复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于渗透汽化优先透醇无机粒子/PVDF复合膜的制备方法，属于渗透汽化膜分离领域。

背景技术

目前国内外研究的优先透醇渗透汽化膜，大多为疏水性致密膜，如聚二甲基硅氧烷、聚三甲基硅丙炔等，由于其自身疏水性，且致密膜在低浓度乙醇水溶液中的溶胀度较低，小分子在致密膜中传质阻力较大，造成致密膜渗透通量均较低，一般均低于2.0kg/m²h，无法满足渗透汽化优先透醇膜的工业应用要求。本发明的关键在于采用以多孔无机粒子与疏水性PVDF为原材料，采用浸没沉淀相转化法制备无机粒子/PVDF复合膜。一方面制得的复合膜具有多孔非对称结构，大大减少了小分子在膜内的传质阻力，另一方面无机粒子对PVDF也起到增强作用，利用无机粒子的多孔结构对乙醇的优先选择性提高乙醇/水分离因子，可以在保持一定分离效率的基础上，实现透醇膜通量的大幅度提高，以突破现有致密膜的综合分离性能。

发明内容

本发明的目的是针对上述关键技术问题提供了一种优先透醇无机粒子/PVDF复合膜的制备方法。这种复合膜可以在保持一定分离效率的基础上，实现渗透通量的大幅度提高，突破了致密膜的综合分离性能。该无机粒子/PVDF复合膜渗透通量可高达J=21.1kg/m²h，分离因子α=6.2，具有很好的工业应用前景。

一种优先透醇无机粒子/PVDF复合膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：无机粒子/PVDF膜液的制备方法，将聚偏氟乙烯(PVDF)、无机粒子、添加剂、溶剂混合，在70-90℃下搅拌12-48h，至膜液均匀，然后置于真空烘箱中脱泡得到无机粒子/PVDF膜液；聚偏氟乙烯、无机粒子、添加剂、溶剂的质量比为10：(0.05-3)：(0.05-5)：(30-130)；

步骤2：浸没沉淀相转化法制备无机粒子/PVDF复合膜，将步骤1中得到的膜液在聚酯无纺布上涂覆刮膜，浸入水中成膜，以水为凝胶浴，待膜液中溶剂与水交换彻底后，在20-60℃环境下干燥8-24h。

步骤1中所述的聚偏氟乙烯重均分子量为20000-400000。

步骤1中所述的无机粒子为二氧化硅、ZSM-5沸石、Silicalite-1沸石、聚倍半硅氧烷中的任意一种。

步骤1中所述的添加剂为聚乙二醇-200(PEG-200)、聚乙二醇-300(PEG-300)、聚乙二醇-400(PEG-400)、聚乙二醇-600(PEG-600)、聚乙二醇-700(PEG-700)中的任意一种。

步骤1中所述溶剂是磷酸三乙酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的任意一种。

步骤2中所述的聚酯无纺布，为奥龙公司提供的型号NAS-222的全聚酯无纺布。

 

具体实施方式

以下结合具体的实施例对本发明的技术方案作一步的说明：

实施例1

1)        将重均分子量为20000的PVDF、ZSM-5沸石、PEG-200、磷酸三乙酯混合，在70℃下搅拌16h，至膜液均匀，然后置于真空烘箱中脱泡得到无机粒子/PVDF膜液；PVDF、ZSM-5沸石、PEG-200、磷酸三乙酯的质量分别为10g，0.05g，0.05g，30g；

2)        将1)中得到的膜液在聚酯无纺布上涂覆刮膜，浸入水中成膜，以水为凝胶浴，待膜液中溶剂与水交换彻底后，在20℃环境下干燥24h。

将得到的无机粒子/PVDF复合膜测定渗透汽化分离性能，在操作温度为40℃，料液中乙醇浓度为1wt%时，分离因子为8.7，渗透通量为3.3kg/m²h。

实施例2

1)        将重均分子量为50000的PVDF、ZSM-5沸石、PEG-400、磷酸三乙酯混合，在70℃下搅拌18h，至膜液均匀，然后置于真空烘箱中脱泡得到无机粒子/PVDF膜液；PVDF、ZSM-5沸石、PEG-200、磷酸三乙酯的质量分别为10g，2g，3g，70g；

2)        将1)中得到的膜液在聚酯无纺布上涂覆刮膜，浸入水中成膜，以水为凝胶浴，待膜液中溶剂与水交换彻底后，在40℃环境下干燥12h。

将得到的无机粒子/PVDF复合膜测定渗透汽化分离性能，在操作温度为40℃，料液中乙醇浓度为30wt%时，分离因子为4.5，渗透通量为17.9kg/m²h。