[发明专利]兼具耐溶剂性和优异小分子醇分离性能的渗透汽化复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种兼具耐溶剂性和优异小分子醇分离性能的渗透汽化复合膜，所述复合膜是由上部分离层、下部高分子底膜构成。所述分离层在高分子底膜表面形成，其中分离层包含主体相聚合物及掺入相聚合物。所制备的复合膜对有机溶剂有很好的耐受性，能够长时间稳定运行，且制备方法简单，原料易得。复合膜对有机物溶剂中的小分子醇有较好的分离效果，对醇类的选择性好，随着分离层中亲水性聚合物引入量的增大，复合膜的渗透通量和分离因子同步提高。

技术领域

本发明属于渗透汽化分离技术领域，尤其涉及一种兼具耐溶剂性和优异小分子醇分离性能的渗透汽化复合膜及其制备方法。

背景技术

化工和制药行业生产过程中，大量使用小分子醇溶剂作为反应媒介或者稀释剂等。其中甲醇有毒且易挥发，可通过呼吸和皮肤接触进入人体，轻度会造成失明，重则危及生命安全。甲醇在工业生产中经常会与其他溶剂混合形成共沸物，如甲醇/四氢呋喃、甲醇/甲基叔丁基醚、甲醇/碳酸二甲酯、甲醇/甲苯等混合体系。因此，溶剂纯化需要不受气液平衡限制的分离技术来实现，而渗透汽化膜分离技术是能满足上述要求的良好解决方案。

渗透汽化技术在小分子醇/有机溶剂混合物的分离中受到较大限制，主要原因是渗透汽化使用的高分子膜材料对溶剂耐受性不强。目前常用的高分子膜材料在小分子醇等有机溶剂中有不同程度的溶胀，导致高分子膜材料强度和性能降低，无法满足长期稳定使用的基本要求。

专利[CN 103084076A]通过全氟磺酸、聚乙烯醇和正硅酸乙酯混合制备一种有机无机杂化中空纤维膜，用于渗透汽化分离甲醇/碳酸二甲酯。该发明虽然提高了聚乙烯醇的渗透通量，但在耐溶剂性方面没有增强。专利[CN 105435655]公开了一种耐溶剂膜材料的制备方法，通过凝胶浴相转化的方法制备有多孔支撑层的耐溶剂膜材料，保证膜在有机溶剂中的耐溶剂性，但没有给出膜对有机溶剂混合物分离性能的实验数据。专利[US9364797B2]中公开了一种用于水处理的中空纤维超滤膜制备方法，膜材料采用聚(丙烯腈-甲基丙烯酸)、聚砜和聚(丙烯腈-甲基丙烯酸)共混或聚砜和磺化的聚苯乙烯共混，膜材料的耐溶剂性和渗透通量均有所提高。因此，开发一种同时具有耐溶剂性和甲醇选择性的渗透汽化膜有重要意义。

发明内容

本发明预解决的技术问题是：克服现有技术中渗透汽化膜耐溶剂性和分离性能较难兼顾的问题，本发明提供了一种新的材料构筑思路用于制备分离有机溶剂中醇类的复合膜。以耐溶剂聚合物为基体膜材料，通过共混引入亲水性聚合物，在高分子支撑体上铸膜，在保持膜耐溶剂性能的同时提高膜对醇类的选择分离性能。

在众多基体聚合物中，聚酰亚胺和聚丙烯酸甲酯等材料具有突出的热稳定性、良好的力学性能和出众的耐受性。由于分子结构的特殊性，聚酰亚胺和聚丙烯酸甲酯等材料具有良好的渗透性和耐溶剂性。为了进一步提高膜对小分子醇的选择性，可以采用共混亲水性更强的物质，或进行表面接枝等表面化学处理的方法来增强材料对小分子醇的选择性和渗透性。通过上述简易可行的膜材料改性可显著提高膜分离性能，同时保证改性的膜有良好的耐溶剂性。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种兼具耐溶剂性和优异小分子醇分离性能的渗透汽化复合膜，由上部分离层、下部高分子底膜构成，其中分离层在高分子底膜表面形成，分离层包含主体相聚合物及掺入相聚合物，其中主体相聚合物为聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷中的任意一种，掺入相聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、壳聚糖、海藻酸钠、聚丙烯酸中的任意一种。

为了使渗透汽化复合膜在兼具较好的渗透性和耐溶剂性能的前提下，进一步提高膜对小分子醇的选择性，进一步优化的，掺入相聚合物占主体相聚合物含量的5-25wt％。

为了达到较高的膜渗透通量，进一步优化的，渗透汽化复合膜的分离层厚度为5-10μm。

进一步优化的，高分子底膜为聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、醋酸纤维素中的任意一种。