[发明专利]一种具有耐热和耐溶剂性的混合基质膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种具有耐热和耐溶剂性的混合基质膜及其制备方法和应用，属于膜分离技术和新材料领域。一种具有耐热和耐溶剂性的混合基质膜的制备方法，包括混合基质膜原膜制备和热氧化交联的步骤，其中，混合基质膜原膜制备为：将氧化石墨烯、金属醇盐、醋酸、聚合物和有机溶剂配置成制膜液并制膜，利用非溶剂相转化法原位合成混合基质原膜。本发明所述原膜具有丰富的海绵状孔、垂直的指状孔结构，同时具有较高的渗透分离性能。原膜经热氧化交联制得具有耐溶剂性和热稳定性的混合基质膜，不但能保持混合基质原膜的孔结构和高渗透分离性能，还具有优异的耐溶剂性和耐热性能。

技术领域

本发明涉及一种具有耐热和耐溶剂性的混合基质膜及其制备方法和应用，属于膜分离技术和新材料领域。

背景技术

聚合物膜是膜分离材料的重要组成部分，由于制造方法简单，原料易得，是最成熟，也是最早被广泛应用的膜材料之一。混合基质膜是指通过将无机材料作为分散相填充于聚合物连续相中制备得到的复合膜。该类膜结合了有机和无机材料各自的优良性质，能够改善聚合物膜的结构和分离性能。在混合基质膜的多种制备方法中，原位合成法由于能够更好的使无机相在聚合物主体中均匀分散而被广泛关注。然而，原位合成法制备的混合基质膜在应用过程中还存在诸多问题，如膜结构较致密，孔结构不均一导致的膜分离性能不高；膜耐溶剂性和耐热性差导致的膜稳定性较差等。一般来说，可以通过控制聚合物的相转化过程来控制膜的孔结构，通过对原膜的热交联，提高聚合物膜的耐溶剂性和耐热性，但单纯的控制相转化过程，无法使膜同时具有丰富的海绵状孔和均一的指状孔；且在热氧化交联过程中，由于聚合物链段剧烈的热运动，膜的孔结构坍塌、熔融，渗透通量降低，孔隙率减小。

为了使混合基质膜具有优良的分离性能，优异的耐溶剂性和耐热性，并推动其在化工分离领域，尤其在高压、高温、强有机溶剂环境中的进一步应用，研究开发具有丰富海绵状孔和垂直指状孔，耐强极性有机溶剂和较高操作温度的混合基质膜并改良其制备工艺具有重要意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有耐热和耐溶剂性的混合基质膜的制备方法。

一种具有耐热和耐溶剂性的混合基质膜的制备方法，包括混合基质膜原膜制备和热氧化交联的步骤，其中，

混合基质膜原膜制备为：将氧化石墨烯、金属醇盐、醋酸、聚合物和有机溶剂配置成制膜液并制膜，利用非溶剂相转化法原位合成混合基质原膜。

本发明提供了一种具有耐热和耐溶剂性的混合基质膜的制备方法，所述方法包括原位合成法制备混合基质膜原膜和热氧化交联，在原位合成法制备混合基质原膜的过程中，在氧化石墨烯(GO)与金属醇盐的共同作用下，混合基质原膜具有丰富的海绵状孔、垂直的指状孔结构，同时膜分离性能提高。经热氧化交联后，具有耐溶剂性和热稳定性的混合基质膜不但能保持原有的孔结构和分离性能，还具有了优异的耐溶剂性和耐热性能。

进一步地，混合基质膜原膜制备为：将聚合物、氧化石墨烯、金属醇盐、醋酸、有机溶剂配置成制膜液，并制成厚度为50μm～700μm的液膜，其中，聚合物的质量分数为3～30wt.％，氧化石墨烯的质量分数为0.003～0.3wt.％，金属醇盐的质量分数为0.1～5wt.％，醋酸的质量分数为0.1～10wt.％；将液膜在空气中放置5s～20min后，浸没在25～90℃的pH值为0.1～6的酸性凝胶浴中2～30min；取出膜片，将其浸泡于去离子水中6～48h，随后在60℃下真空干燥6～24h，得到混合基质原膜。

更进一步地，将聚合物、氧化石墨烯、金属醇盐、醋酸、有机溶剂配置成制膜液，并制成厚度为200μm～400μm的液膜。

进一步地，所述热氧化交联为：将混合基质原膜置于热氧化交联装置中，从室温开始升温，并在空气中进行热氧化交联；升温速率为0.1～20℃/min，空气流量为0.1～50L/min，热氧化交联温度为115～400℃，热氧化交联时间为0～120h。