[发明专利]一种高性能中空纤维有机气体分离复合膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种高性能中空纤维有机气体分离复合膜的制备方法，用于有机气体分离回收技术领域。高性能中空纤维有机气体分离复合膜的制备方法为：将市售的中空纤维膜作为基底膜，清洗后用硅烷偶联剂溶液进行一次涂覆，然后将聚二甲基硅氧烷溶解于溶剂中混合均匀，加入交联剂和催化剂、静置脱泡后进行二次涂覆，制得中空纤维PDMS复合膜。接着对PDMS复合膜进行活化处理，最后将表面活化的PDMS复合膜置于硅烷单体的有机溶剂中进行表面接枝聚合，获得有机硅烷聚合物超薄皮层，制得耐水蒸气、耐有机溶剂、有机气体选择透过性高的高性能中空纤维有机气体分离复合膜。本发明所述制膜方法简便，适用于工业化生产。

技术领域

本发明涉及有机气体分离复合膜，具体说是一种高性能中空纤维有机气体分离复合膜的制备方法。

背景技术

随着现代工业的发展，在挥发性有机物(volatileorganic compounds，简称VOCs)的储存、运输和使用过程中以及在石油、化工、喷涂等行业的生产过程中，每天都释放出大量的有机气体，这不仅是一种资源的浪费，更重要的是对环境有严重的破坏作用。VOCs是形成雾霾天气的重要成因之一，研究表明，VOCs的分布与炼化企业的分布呈现一定的重合趋势，因此工业气体排放中有机气体的回收、处理越来越受到人们的重视。

气体膜分离技术是以膜两侧气体压差为推动力，利用不同气体在膜中渗透速率的差异使不同气体在膜两侧富集实现分离的过程。它是本世纪开发的一类较为成熟的膜分离技术，由于具有分离效率高、能耗低、设备简单、操作方便、占地面积小、不产生二次污染等特点，使得气体膜分离技术成为深冷分离、吸收和变压吸附等传统气体分离方法的强有力竞争者。

气体分离膜材料是决定膜分离性能的关键，理想的有机气体分离膜要求渗透速率大，分离系数高，经久耐用，耐溶剂性好和价格低廉。聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有较高的渗透系数和令人满意的分离性能，通常作为涂层制备成复合膜用于有机气体分离。但是由于PDMS主链为硅氧交替排列结构，连接在Si基上的甲基为对称分布，是非极性结构聚合物(其结构见下图)，它不易耐受有机蒸气的溶胀作用，导致在使用过程中分离性能下降。

很多研究者尝试对PDMS进行主链、支链改性，然而效果并不理想，而且大都以板式膜研究为主，而中空纤维膜的装填密度大，占地面积小，由于是自支撑型不需要支撑材料，因而成本较低。

有机气体分离用PDMS中空纤维膜是一种主要由两类高分子制成的复合膜，PDMS的涂覆是一道重要工序，涂覆技术的关键是如何使涂层尽可能薄和尽量将支撑基底膜上的微孔堵住，目前大多采用浸渍法，但操作中存在涂覆的重复性差，涂覆液与支撑基底膜之间的亲和性差，无法在多孔膜表面形成无缺陷的皮层，膜的分离性能无法保证。本发明以市售的商品中空纤维膜为基底膜，通过涂覆PDMS功能层然后在表面引发接枝聚合，制备高性能中空纤维有机气体分离膜。

发明内容

针对目前有机气体分离复合膜制备技术中的不足，本发明的目的在于提供一种高性能中空纤维有机气体分离复合膜的制备方法，既能弥补中空纤维有机气体分离膜PDMS功能层涂覆不均、易脱落、力学强度低、壁厚、传质阻力高等缺陷，又能在有机气体分离回收中表现出较高的选择透过性，同时具备耐水蒸气、耐有机溶剂的性能。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：利用市售中空纤维膜作为支撑基底膜，采用与PDMS和基底膜具有较好结合能力的硅氧烷偶联剂作为界面偶联层，然后涂覆PDMS分离功能层，再使用简单的液相法，在PDMS复合膜表面通过有机硅烷单体进行水解缩聚，制备有机硅烷聚合物超薄皮层，从而可以获得选择性高、耐溶胀、超疏水、力学强度大的高性能中空纤维有机气体分离复合膜。

一种中空纤维有机气体分离复合膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将市售的聚合物中空纤维膜置于95％的乙醇或无水乙醇中浸泡一段时间，脱除膜中残留的有机溶剂等残留物，用去离子水清洗后，进行干燥，得到干燥后的聚合物中空纤维膜；