[发明专利]一种高性能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。主要包括以下步骤：首先将聚合物膜材料、添加剂溶于有机溶剂制备聚合物多孔底膜，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，静置脱泡后涂覆在聚合物多孔底膜上制得PDMS复合膜，接着对PDMS复合膜进行预处理，最后将表面活化的PDMS复合膜置于有机硅烷单体的有机溶剂中自组装获得有机硅聚合物超薄皮层，制得耐水蒸气、耐有机溶剂和有机气体选择透过性高的有机气体分离复合膜，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有机气体分离复合膜的制备方法。

背景技术

挥发性有机物(volatileorganic compounds，简称VOCs)是许多工业部门排放气中最严重的污染物之一，也是形成雾霾天气的重要成因之一。随着现代工业的发展，在油品的储存、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VOCs，这不仅是资源的浪费，而且对环境有着严重的破坏。目前，我国尚无具体的VOCs排放量的报道，但是据有关世界环保组织报道，在全球污染最为严重的十个城市中，我国就达到七个。由此可见，我国的VOCs排放和控制的任务都十分迫切，VOCs的净化处理已经成为大气污染治理中非常重要的方面。

目前VOCs的控制方法主要可以分为两大类：一类是破坏性方法，这种方法主要包括：燃烧法、生物法和电晕法；另一类是非破坏性方法即回收法，较常规的主要有光催化氧化法、溶剂吸收法、吸附法、冷凝法和膜分离法等。采用膜分离技术回收处理废气中的VOCs，具有流程简单、VOCs回收率高、能耗低、无二次污染等优点。

工业应用中膜分离所用的气体分离膜大部分为复合膜，其优点在于：可以选择不同材料制作活性层和多孔基膜，使它们的功能达到最优化；可以用不同方法制备与组分有强相互作用的超薄活性皮层，使膜对分离物系具有很高的分离因子和渗透通量，同时具有良好的物化稳定性和耐压密性；大部分复合膜可以制成干膜，有利于运输和保存。

膜材料是实现膜过程的关键，目前使用最多的膜材料是聚二甲基硅氧烷(PDMS)，由于VOCs气体在PDMS膜层中的渗透能力远远高于惰性气体，因此取得了很好的分离效果。聚合物涂敷法是制备PDMS气体分离复合膜的主要方法，就是将所需涂敷膜的上表面浸入到聚合物PDMS的涂膜液中，然后以一定速度将基膜从涂膜液中抽出，当溶剂蒸发干燥后，表皮PDMS分离层就附着在多孔支撑层表面上了。但在涂敷的过程中，由于毛细管力的作用，易发生孔渗现象，涂膜液会渗入到多孔支撑层中，造成涂层有效厚度增加，从而使得支撑层的传质阻力增大，涂膜液浓度越低孔渗情况越严重，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；而当涂膜液浓度较大时溶液流动性较差，PDMS分离层会增厚，气体在膜内传质阻力增大，渗透性能降低。

发明内容

为了克服现有技术中有机气体分离复合膜制备技术的不足，本发明提供了一种有机气体分离复合膜的制备方法，既能弥补有机气体分离PDMS膜的缺陷，又能在有机气体分离回收中表现较高的选择透过性，同时具备耐水蒸气、耐有机溶剂的性能。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

使用简单的液相法，在有机气体分离PDMS膜表面通过有机硅烷单体进行水解缩聚，自组装制备有机硅聚合物超薄皮层，由于通过有机硅烷单体可以引入不同的有机基团，从而可以获得选择性高、耐溶胀和超疏水的高性能有机气体分离复合膜。

一种有机气体分离复合膜的制备方法，包括以下步骤：

1、聚合物多孔底膜的制备：

将聚合物膜材料、聚乙烯吡咯烷酮k30以及有机溶剂混合，在50～80℃下搅拌24～48小时，过滤、抽真空脱泡得到铸膜液；

在刮膜机上将铸膜液刮涂到起支撑层作用的聚酯无纺布上，在室温下的去离子水中凝胶后，制成厚度为100～200μm的聚合物多孔底膜。