[发明专利]一种优先透醇的SiO2

说明书

本发明提供了一种优先透醇的SiO₂/PVDF杂化膜的制备方法，将二氧化硅实心颗粒和二氧化硅介孔颗粒混合后经硅烷偶联剂疏水改性后添加至PVDF铸膜液中进行相转化从而制得优先透醇的SiO₂/PVDF杂化膜。本发明所制备的膜相对于单一采用二氧化硅纳米实心颗粒或二氧化硅介孔颗粒的膜来说，通量增幅达50%以上。

技术领域

本发明涉及一种膜材料的制备方法，具体涉及一种优先透醇的SiO₂/PVDF杂化膜的制备方法。

背景技术

生物乙醇作为一种绿色、高效、可再生的新型能源，已受到世界各国的高度重视。由于产物抑制作用，传统发酵工艺仅得到浓度极低的乙醇稀溶液，需要及时将其从发酵液中移除。在现有的乙醇脱水技术中，渗透汽化是一种新型的膜分离技术，其具有高效、节能、环保等优点。现有技术中已经采用优先透醇渗透汽化膜与发酵耦合技术，可将发酵液中乙醇及丁醇原位实时移出，从而提高生物发酵效率和生物醇产率。

而在渗透汽化过程中最重要的为膜材料的选择，目前，在渗透汽化领域所研究的无机膜和有机聚合物膜，相对于无机膜的昂贵，有机膜因其较为低廉的价格和适用性得到了广泛的应用。而聚偏氟乙烯膜是常见的一种渗透汽化优先透醇膜材料，其具有价格相对低廉、易于成膜、化学性能稳定，耐热性能好、抗污染，疏水性强等优点，是一种潜在的渗透汽化膜材料，但是在应用过程中发现其通量和选择性难以满足实际应用需求。

为改善该情况，现有技术中选择采用无机粒子，例如沸石、二氧化硅、MOF材料等与聚合物共混制备成杂化膜，其在一定的范围内实现了通量和选择性的双提高，但是其提高幅度并不大。因此，急需对现有的无机粒子掺杂PVDF膜的技术进行优化以对其通量和选择性进一步提高。

发明内容

为改善PVDF杂化膜的渗透性能，本发明提供了一种优先透醇的SiO₂/PVDF杂化膜的制备方法，其通过将二氧化硅实心颗粒和二氧化硅介孔颗粒混合后经硅烷偶联剂疏水改性后添加至PVDF铸膜液中进行相转化从而制得优先透醇的SiO₂/PVDF杂化膜。

优选的，所述的二氧化硅实心颗粒粒径小于二氧化硅介孔颗粒粒径。

优选的，所述的二氧化硅实心颗粒粒径为10-40nm，所述二氧化硅介孔颗粒的粒径为100-200nm。

优选的，该方法包括以下步骤：

（a）将适量的二氧化硅实心颗粒和二氧化硅介孔颗粒混合后得到二氧化硅混合颗粒，在200-300℃下高温焙烧处理；

（b）将步骤（a）中的二氧化硅混合颗粒加入到硅烷偶联剂和溶剂中，在超声搅拌的状态下反应0.5-2h得到改性后的二氧化硅混合颗粒；

（c）将PVDF、改性后的二氧化硅无机粒子、致孔剂和有机溶剂均匀混合，并在60-100℃下陈化12-24h，并在60-100℃下静置脱泡后得到铸膜液；

（d）将铸膜液均匀的刮涂在无纺布上，并置于凝固浴中，待相转化结束后将膜取出，在40-60℃下烘干，从而得到优先透醇的SiO₂/PVDF杂化膜。

优选的，步骤（a）中二氧化硅混合颗粒中二氧化硅实心颗粒和二氧化硅介孔颗粒的质量比为3-1：1。

优选的，步骤（c）中二氧化硅混合颗粒与PVDF的质量为1-4：10，优选2-3：10。

优选的，所述的制孔剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、LiCl中的一种或多种，所述的溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丙酮、N甲基吡咯烷酮中一种或多种。

优选的，所述的硅烷偶联剂为KH-550、KH-560中的一种。

优选的，硅烷偶联剂在溶剂中的含量为5-30wt%。