[发明专利]一种填充改性聚氨酯膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种填充改性聚氨酯膜及其制备方法，属于渗透汽化膜分离技术领域；该方法包括如下步骤：(1)ZIF‑8纳米粒子的制备；(2)氨基化ZIF‑8粒子的制备；(3)氨基化ZIF‑8和二氧化硅的复合粒子的制备；(4)氨基化ZIF‑8和二氧化硅的复合粒子填充聚氨酯膜的制备。本发明的填充改性聚氨酯膜及其制备方法具有渗透通量高、选择性好，成本低廉、制备过程容易操作等特点。本发明的填充改性聚氨酯膜制备方法中，当水刻蚀反应的温度为90℃，硅基复合粒子的填充量为1％时制备的多孔无机复合物粒子填充聚氨酯膜，对于苯酚的质量百分比为1％的苯酚/水混合物，在操作温度为60℃的情况下，PSI可以达到810.139kg·μm·m^‑2·h^‑1，比相同条件下，纯聚氨酯膜(523.23)提高了1.54倍。

技术领域

本发明涉及一种聚氨酯膜及其制备方法，特别涉及一种填充改性聚氨酯膜及其制备方法，属于渗透汽化膜分离技术领域。

背景技术

渗透汽化膜分离技术是一项高新技术，是在液体混合物中组分蒸汽压差推动下，利用组分通过膜的溶解与扩散速率的不同来实现分离的过程。它特别适用于蒸馏法难以分离或不能分离的近沸点、恒沸点混合物以及同分异构体的分离，对有机溶剂及混合溶剂中微量水的脱除及废水中少量有机污染物的分离具有明显的技术上和经济上的优势。

膜分离技术的核心在于膜材料，其中聚氨酯(polyurethane，PU)具有良好的成膜和耐化学性。在聚氨酯(PU)膜分离过程中，聚氨酯(PU)的软段相通常具有良好的渗透性和对有机物的吸附性能，而其硬段相可依靠彼此之间的氢键合作用形成刚性的物理交联点，虽然不能作为小分子的可渗透区域，但是可以起到抑制膜溶胀的作用，从而提高膜材料整体的机械性能和热稳定性，保证分离过程的稳定运行。单一的聚氨酯材料可达到一定分离目的，但是其应用的范围有所限制。填充改性是一种简单易行的改性方法，会使膜热稳定及机械稳定性得到增强，并且很多填充剂能够起到促进传质的作用，使膜的分离性能有大幅度的提高。

例如Kusakabe等(Kusakabe K,Yoneshige S,Morooka S.Separation ofbenzene/cyclohexane mixtures using polyurethane–silica hybrid membranes[J]J.Membr.Sci.,1998,149(1):29-37.)公开了一种用溶胶-凝胶法制备聚氨酯-二氧化硅(PU-SiO₂)的杂化膜，这种方法可以非常均匀地在膜内原位形成无孔的二氧化硅(SiO₂)粒子，避免了直接外加SiO₂时的粒子团聚问题。结果发现，二氧化硅的含量增加可以抑制膜的溶胀，并提高膜的选择性，对苯-环己烷体系的渗透通量和分离因子可以分别达到108g/(m²·h)和19；聚丙二醇作为聚氨酯(PU)的软段相，保证了小分子在膜中的良好扩散性。张欣然等(张欣然，ZIF-8填充PEBA杂化膜的制备及渗透汽化分离水中乙酸乙酯[D]，江南大学，2014)利用溶剂热法制备了ZIF-8(沸石咪唑骨架材料)粒子，然后将其添加到聚醚共聚酰胺(PEBA)膜中，研究了ZIF-8粒子形貌、比表面积对PEBA膜渗透汽化性能的影响，研究表明，不同Hmim/Zn2+摩尔比制得的ZIF-8粒子在PEBA膜中分散均匀，不同反应温度制得的ZIF-8粒子在PEBA膜中分散不均匀；ZIF-8粒子的高比表面积提高了渗透组分在PEBA/ZIF-8膜中的溶解性，但是降低了组分在膜中的扩散性；同时，也深入研究了ZIF-8粒子的添加量对PEBA/ZIF-8膜渗透汽化性能的影响，结果表明：ZIF-8粒子与PEBA膜的相容性很好，添加ZIF-8粒子后，PEBA膜的热稳定性有所提高；随着ZIF-8粒子添加量的增大，乙酸乙酯的渗透系数增大，水的渗透渗透系数不变，二者的选择性增大。