[发明专利]一种聚乙烯醇/桥联有机硅原位交联共聚杂化膜的制备方法及应用

说明书

本发明属于分离膜制备领域，特别涉及一种聚乙烯醇/桥联有机硅原位交联共聚杂化膜的制备方法及应用。本发明采用桥联有机硅前驱体和聚乙烯醇原位交联反应形成聚乙烯醇/桥联有机硅杂化聚合溶胶，然后旋涂在α‑Al₂O₃片式陶瓷支撑体表面，经热处理形成聚乙烯醇/桥联有机硅杂化膜。原位交联聚合使聚乙烯醇与硅醇基反应形成均匀分布且稳定的Si‑O‑C杂化网络结构，形成的聚乙烯醇/桥联有机硅杂化膜在渗透汽化脱盐中表现出良好的盐截留性能。

技术领域

本发明属于分离膜制备领域，特别涉及一种聚乙烯醇/桥联有机硅原位交联共聚杂化膜的制备方法及应用。

背景技术

膜分离技术是借助于外界能量或化学位差的推动，通过特定膜的渗透作用，实现对两组分或多组分混合的液体或气体进行分离、分级、提纯以及浓缩富集的技术。目前，使用较多的基于膜过程的脱盐技术包括：纳滤、反渗透和电渗析等。渗透汽化是利用组分通过膜的溶解和扩散速率的不同来实现各个组分分离的新型膜技术。相对于反渗透脱盐，渗透汽化脱盐过程是利用膜两侧盐溶液的饱和蒸汽压差为推动力，在常压下操作，能耗得到进一步降低。渗透汽化膜是渗透汽化技术的核心部件。

桥联有机硅是一种性能优异的新型功能材料。此类有机硅材料一般以桥联倍半硅氧烷(R′O)₃Si-R-Si(OR′)₃为硅源前驱体，通过水解缩聚反应而得。制备桥联有机硅膜材料，结合了有机组分和无机组分的优良性能，具有高表面积，良好的水热稳定性和优异的耐化学性等特征。与传统的基于正硅酸乙酯(TEOS)的无机二氧化硅膜材料相比，桥联有机硅膜材料具有结构规整且孔道类型、尺寸、表面性质可调等独特性质。目前，有机硅膜的应用主要集中于渗透汽化有机溶剂脱水和气体分离，用于渗透汽化脱盐的报道还很少。

聚乙烯醇是目前少数可工业合成的水溶性高聚物之一，具有强度高、抗微生物分解、生物相容性优良、对微生物无毒及价格低廉等特点，是理想的固定化载体材料。聚乙烯醇能与桥联有机硅前驱体水解后产生的硅醇基形成氢键和共价键，提高膜的性能。

中国专利CN 107233802 A提出了一种聚乙烯醇/纳米二氧化硅-钛杂化膜及其制备方法，其技术方案是先将硅源前驱体与钛源前驱体在乙醇溶液中加酸水解形成溶胶，然后将混合的杂化溶胶与聚乙烯醇水溶液混合形成铸膜液，最后制备成膜。但是在前驱体预水解的过程中，材料自身会发生聚合导致前驱体水解产生的Si-OH基团减少，与聚乙烯醇溶液的结合位点减少，导致膜脱盐性能下降。

发明内容

针对上述技术问题，本发明采用原位聚合法，在聚乙烯醇水溶液中直接加入桥联有机硅前驱体，在聚乙烯醇溶液中使桥联有机硅前驱体水解后直接与聚乙烯醇交联反应，形成均匀分布且稳定的Si-O-C杂化网络结构，极大的提高了聚乙烯醇/桥联有机硅杂化膜的脱盐性能。

具体制备方法如下：

(1)将桥联有机硅前驱体加入质量分数为5-10％的聚乙烯醇水溶液中搅拌均匀，然后缓慢滴加盐酸进行原位交联反应，恒温持续搅拌得到聚乙烯醇/桥联有机硅杂化聚合溶胶；

(2)将步骤(1)制备的聚乙烯醇/桥联有机硅杂化聚合溶胶旋涂在α-Al₂O₃片式陶瓷支撑体上，经热处理得到聚乙烯醇/桥联有机硅杂化膜。

盐酸既能加快水解反应的速率，同时对交联聚乙烯醇也起着催化作用。本发明方法先让桥联有机硅前驱体在温和条件下自发水解产生硅醇基结合位点，此时桥联有机硅前驱体以水解反应为主，缩聚反应速率极为缓慢，同时在分子水平上将聚乙烯醇与硅醇基团混合均匀。再加入盐酸，在盐酸的催化作用下，直接在硅醇基结合位点与聚乙烯醇发生原位聚合反应，形成均匀分布且稳定的Si-O-C杂化网络结构，极大的提高了聚乙烯醇/桥联有机硅杂化膜的脱盐性能。