[发明专利]一种含氟杂化硅膜的制备及应用

说明书

本发明属于膜材料制备领域，特别涉及一种含氟杂化硅膜的制备及应用。将硅源前驱体三乙氧基氟硅烷水解聚合反应制备成溶胶，再采用热涂法涂膜制得分离膜，即无定型含氟杂化硅膜，再将所得的无定型含氟杂化硅膜用于醇水分离。

技术领域

本发明属于膜材料制备领域，特别涉及一种含氟杂化硅膜的制备及应用。

背景技术

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源前驱体，通过溶胶凝胶法制备的微孔无机硅膜在气体分离中展现出优异的分子筛分能力(如H₂和N₂分离中渗透选择性大于100)。但由于其-Si-O-Si-网络结构在水汽环境中不稳定，大大地限制了传统无机硅膜在含水环境中的分子分离应用。

而通过在-Si-O-Si-网络结构中引入疏水性的有机桥联基团(比如Si-CH₂-CH₂-Si)，可以提高膜的水热稳定性，但该膜在醇水分离中的通量和分离因子同样不高。

发明内容

针对硅膜在醇水分离上的分离效果较低的问题，本发明提供了一种含氟杂化硅膜的制备及应用。

该含氟杂化硅膜的制备方法为：将硅源前驱体三乙氧基氟硅烷水解聚合反应制备成溶胶，再采用热涂法涂膜制得无定型含氟杂化硅膜，全程避免了模版剂的使用，

具体步骤为：

(1)通过含氟硅源前驱体的水解聚合反应制备聚合溶胶，

其中，采用盐酸作为溶胶制备的催化剂，控制含氟硅源前驱体和盐酸的摩尔比为0.1～0.3，含氟硅源前驱体为三乙氧基氟硅烷FTRIES，

所得聚合溶胶的浓度控制为0.3～0.6wt％；

(2)采用热涂法将硅锆溶胶擦涂在陶瓷支撑体上，高温条件下煅烧得到膜的过渡层，

硅锆溶胶的浓度为0.2wt％，涂擦时采用脱脂棉蘸取硅锆溶胶，按一个方向在陶瓷支撑体上快速擦涂，擦涂完后立即于500～550℃煅烧25min，

擦涂硅锆溶胶以及煅烧的操作重复6～10次，

过渡层不仅仅增加了膜的水热稳定性，更重要的是：涂覆过渡层是为了将膜层表面的孔径降至5nm左右，这样的过渡层能够防止出现孔渗现象，便于后续涂覆分离层；

(3)采用热涂法将步骤(1)中得到的聚合溶胶擦涂在步骤(2)中得到的过渡层上，高温条件下煅烧得到无定型含氟杂化硅膜，

涂擦时，采用脱脂棉蘸取聚合溶胶，按一个方向在陶瓷支撑体上的过渡层表面快速擦涂，擦涂完后立即于300℃下煅烧20～25min，

擦涂聚合溶胶以及煅烧的操作重复1～2次。

本发明还提供了一种通过上述方法所制备的无定型含氟杂化硅膜的应用：将无定型含氟杂化硅膜用于醇水分离。

本发明的有益效果在于：本发明通过对膜材料的疏水改性，使强疏水性的氟基不仅仅分布在膜表面而且均匀地分布在孔道中，促进了醇类物质在与膜接触时能够(相对于水)优先被膜材料吸附、溶解，从而扩散通过膜的孔道，提高了醇水分离的效果。

更重要的是：在常规渗透机理中，要求孔径是大于被吸附分子直径的，否则分子通不过去，孔径越大越利于小分子的通过；而水分子直径小于醇分子，虽然孔道内壁接枝了含氟的疏水基团一定程度上会阻碍水分子的通过，但是由于氟只是紧紧接枝在孔道内壁上，随着孔道直径的增大(通道的增大)，对醇分子的吸附、溶解影响不大，但对水分子的阻碍作用却会明显下降，因为从扩大的那部分孔面积上所通过的醇和水的比例与原液中是相等的，可见孔的直径越大，应该是对水的阻碍作用越小，从而醇水分离效果也越不利；