[发明专利]MAPS改性二氧化硅填充PIM-1复合膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种MAPS改性二氧化硅填充PIM‑1复合膜及其制备方法，涉及渗透汽化膜技术领域。该复合膜制备方法为：用MAPS(γ‑甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷)改性纳米气相二氧化硅，然后将改性二氧化硅粒子作为填充剂，添加到可溶性固有微孔聚合物(PIM‑1)基体中，以醋酸纤维素(CA)微滤膜作为支撑层，制备了平板渗透汽化复合膜，此复合膜能够有效分离纯化正丁醇溶液，复合膜的疏水性强，渗透汽化性能好，该复合膜能够在保证高渗透通量的同时，具有很高的正丁醇分离能力。

技术领域

本发明涉及一种渗透汽化膜技术领域，且特别涉及一种MAPS改性二氧化硅填充PIM-1复合膜及其制备方法。

背景技术

随着能源危机的加剧和日益严重的环境污染，对于清洁能源的开发日渐引起关注。正丁醇是一种重要的化工原料，且有望成为新一代的生物燃料，采用可再生的生物质发酵制备正丁醇受到越来越多的关注。正丁醇能够以很高的比例加入到汽油中，大大提高汽油的燃烧效率，同时正丁醇燃烧只会产生二氧化碳和水，不会对环境造成污染。由于发酵产物丁醇对发酵菌种具有毒性抑制作用，导致目前采用发酵法制备生物丁醇的效率不高，没有得到广泛的应用。目前采用传统蒸馏法方法分离丁醇，蒸馏法分离效率低下，且存在大量的燃料能耗，同时燃料燃烧时会造成额外的污染，很难实现工业化生产。

相比于蒸馏法，渗透汽化膜分离技术具有分离选择性好、能耗低、无污染的优点。将渗透汽化与发酵法连用，可以显著地提高正丁醇分离效率，而且不会对环境造成污染。专利CN103877874A公开了一种聚二甲基硅氧烷-碳纳米管复合膜的制备方法、其复合膜及分离纯化丁醇的方法，通过在聚二甲基硅氧烷中加入碳纳米管，虽然在一定程度上提高了分离丁醇过程中的渗透通量和分离因子，但是分离效率提升有限，且碳纳米管的成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MAPS改性二氧化硅填充PIM-1复合膜的制备方法，此制备方法简单，易操作，适用于工业化生产。

本发明的另一目的在于提供一种MAPS改性二氧化硅填充PIM-1复合膜，通过将改性二氧化硅粒子添加到PIM-1基体中，得到复合膜在保证高渗透通量的同时，具有很高的丁醇分离能力。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种MAPS改性二氧化硅填充PIM-1复合膜的制备方法，包括以下步骤：

S1，PIM-1制备：将5,5',6,6'-四羟基-3,3,3',3'-四甲基-1,1'-螺旋联吲哚、四氟对苯二腈、催化剂和第一溶剂混合，通入惰性气体条件下，在140～165℃下加热搅拌30～60min，得到粗产物，用第二溶剂溶解所述粗产物，搅拌5～15min，过滤、洗涤、干燥得到PIM-1，其中，所述催化剂包括K₂CO₃；

S2，改性二氧化硅制备：将纳米气相二氧化硅和γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(MAPS)分散于第三溶剂中，磁力搅拌50～80min，然后超声处理20～40min，得到改性二氧化硅溶液；

S3，将所述改性二氧化硅溶液倒入质量分数为8～12％的PIM-1溶液中，混合得到铸膜液；

S4，以醋酸纤维素(CA)微滤膜为支撑层，所述铸膜液在所述醋酸纤维素微滤膜表面形成活性皮层，得到复合膜。

本发明提出一种MAPS改性二氧化硅填充PIM-1复合膜，其根据上述的制备方法制得。

本发明实施例的MAPS改性二氧化硅填充PIM-1复合膜及其制备方法的有益效果是：