[发明专利]一种有机-无机杂化硅膜孔结构和表面性质的改性方法

说明书

本发明属于有机‑无机杂化硅膜材料制备领域，具体涉及一种有机‑无机杂化硅膜孔结构和表面性质的改性方法。具体为，使用叔丁基过氧化氢溶液和NaHSO₃/Na₂SO₃溶液对有机‑无机杂化硅膜中的烯烃基团进行环氧化和开环磺化反应，使得膜对水的亲和力大大提高，水渗透率增大。

技术领域

本发明属于有机-无机杂化硅膜材料制备领域，具体涉及一种有机-无机杂化硅膜孔结构和表面性质的改性方法。

背景技术

有机-无机杂化硅材料因其优异的水热稳定性和化学稳定性受到越来越多的关注。该材料中有机基团的多样性为材料的进一步改性提供了广阔的空间，有机-无机杂化硅中有机基团结构可分为桥架结构(EtO)₃-Si-R-Si-(OEt)₃和侧基结构(EtO)₃-Si-R(R＝甲基，乙基，乙烯基，苯基，噻吩等)。而目前关于含有不饱和烯烃的有机硅膜的改性研究还比较少。

发明内容

本发明提供了一种有机-无机杂化硅膜孔结构和表面性质的改性方法，使用叔丁基过氧化氢溶液和NaHSO₃/Na₂SO₃溶液对有机-无机杂化硅膜中的烯烃基团(如-C＝C-)进行环氧化和开环磺化反应，使有机-无机杂化硅膜对水的亲和力增强，提高膜的水渗透率，

具体操作为：

(1)将有机-无机杂化硅膜浸入碱性溶液中，

其中，制备该有机-无机杂化硅膜分离层所用的溶胶为含不饱和烯烃基团的有机硅溶胶，有机硅溶胶的结构包括桥架结构(EtO)₃-Si-R-Si-(OEt)₃或侧基结构(EtO)₃-Si-R(R为含有-C＝C-的基团)，

碱性溶液为12mL的无水乙腈中分散有2mol/L的NaOH水溶液100μL，其pH值≤8.5，

乙腈本身为弱碱性，加入氢氧化钠是为了保持碱性条件，从而有效抑制后续反应中环氧键的自动开环，此外，氢氧化钠还对后续的环氧化反应具有催化作用；

(2)将步骤(1)所得体系进行冷却，并加入叔丁基过氧化氢溶液充分搅拌，使其进行环氧化反应，

其中，将体系冷却至-5℃，具体为，将-5℃的冰盐水(如NaCl：H₂O摩尔比为1：6.1)作为环氧化反应的冰水浴，环氧化反应过程放热，低温是对叔丁基过氧化氢稳定性的保证，

叔丁基过氧化氢溶液的溶剂为葵烷，其中，叔丁基过氧化氢的浓度大约为40.4wt.％，

搅拌时间为4.5h；

(3)将步骤(2)中得到的有机-无机杂化硅膜洗涤、干燥后浸入NaHSO₃/Na₂SO₃溶液中充分搅拌，并再次洗涤、干燥，

NaHSO₃/Na₂SO₃溶液中的NaHSO₃浓度为1.5mol/L，Na₂SO₃浓度为1.0mol/L，

搅拌温度为40℃，搅拌时间为10～14h，

洗涤试剂为无水乙腈或无水乙醇，干燥条件为真空条件下60℃干燥3h，

由于搅拌温度为40℃，会导致亚硫酸氢根电离，从而使磺化效果比价差，因此工艺中通过加入亚硫酸根，减小了电离度、抑制其电离。