基于功能性硅材料有機(jī)溶劑納濾膜結(jié)構(gòu)調(diào)控與性能優(yōu)化.pdf

1、有機(jī)溶劑納濾是一種新興的以選擇性膜為媒介，對(duì)有機(jī)溶劑混合物進(jìn)行分離和純化的技術(shù)，因其操作簡(jiǎn)便、綠色高效而受到廣泛關(guān)注。有機(jī)溶劑納濾系統(tǒng)的核心部件是有機(jī)溶劑納濾膜，理想的有機(jī)溶劑納濾膜應(yīng)同時(shí)具備良好的耐溶劑性能和分離性能。膜結(jié)構(gòu)是決定其耐溶劑性能和分離性能的關(guān)鍵，而膜結(jié)構(gòu)又取決于膜材料和制備方法。本論文將雜化技術(shù)和交聯(lián)技術(shù)耦合，采用界面聚合法，利用功能性硅材料（聚二甲基硅氧烷、功能性二氧化硅納米球）調(diào)控聚酰亞胺(PEI)膜結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)制備出

2、兩類雜化復(fù)合膜。并采用SEM、TEM、FTIR、TGA、DSC、接觸角測(cè)試、拉伸測(cè)試等對(duì)膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面表征，系統(tǒng)研究膜耐溶劑性能和分離性能。探究膜材料-膜結(jié)構(gòu)-膜性能間的內(nèi)在關(guān)系，旨在為不同應(yīng)用體系的有機(jī)溶劑納濾研究提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。主要內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)以聚丙烯腈（PAN）超濾膜為基膜，采用界面聚合法，以聚乙烯亞胺(PEI)為水相活性單體，均苯三甲酰氯(TMC)為交聯(lián)劑，聚二甲基硅氧烷(PDMS)為有機(jī)相活性單體

3、，在PAN基膜上制備出PAN/PEI-PDMS有機(jī)/無機(jī)雜化納濾膜。紅外光譜分析顯示PAN基膜上成功涂覆上聚乙烯亞胺(PEI)層，且復(fù)合膜活性層中TMC與PEI成功聚合生成-CONH鍵;掃描電鏡分析結(jié)果表明基膜表面復(fù)合了一層致密均勻的活性功能層，由此表明通過界面聚合法成功制備出有機(jī)/無機(jī)雜化復(fù)合膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著PDMS含量的增加及界面聚合時(shí)間的延長(zhǎng)，膜的溶劑吸附率和面積溶脹度減少;膜通量減小但截留率增加。當(dāng)PDMS含量增加到1.0

4、％，界面聚合時(shí)間為120s時(shí)，在4bar條件下，膜對(duì)丙酮的通量為10L/m2h，對(duì)PEG200的截留率仍然在92％以上。另外，膜對(duì)乙醇-水體系中的蓮房原花青素截留率為94.5％。上述結(jié)果表明，通過雜化交聯(lián)耦合技術(shù)制備出的PAN/PEI-PDMS雜化復(fù)合膜，對(duì)酮類和酯類等極性有機(jī)溶劑具有良好的耐溶劑性能，對(duì)分子量200以上的有機(jī)物具有良好的分離效果。
　　(2)采用St(o)ber法制備硅球，并對(duì)其表面改性制備出四種不同基團(tuán)的納米硅

5、球(SiO2-OH、SiO2-SO3H、SiO2-C6H6、SiO2-Py);將硅球混合到PEI溶液中，與TMC進(jìn)行界面聚合反應(yīng)，在PAN基膜上形成復(fù)合層，制備PAN/PEI-XSi雜化納濾膜(PAN/PEI-Si，PAN/PEI-SSi，PAN/PEI-CSi，PAN/PEI-NSi)。
　　SEM結(jié)果表明，納米硅球平均直徑約為210nm，功能化后硅球表面高分子層厚約5nm。改性納米硅球可均勻分散到高分子基質(zhì)中;TGA和DSC結(jié)

6、果表明，添加硅球后膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和降解溫度有所升高，依次分別為PAN/PEI-NSi，PAN/PEI-Si，PAN/PEI-CSi，PAN/PEI-SSi。接觸角測(cè)試結(jié)果表明，引入硅球后，膜接觸角均減小，膜表面親水性增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)選用乙醇、丙酮、乙酸乙酯、正庚烷、甲苯五種溶劑測(cè)試膜的耐溶劑性能和分離性能。結(jié)果表明，填充硅球后雜化膜主體中無機(jī)相的存在減少了膜對(duì)溶劑的吸附，雜化膜面積溶脹度均在4.0％以下。雜化膜對(duì)極性和非極性溶劑的通量均有

7、較大提高，其中，與PAN/PEI膜相比，PAN/PEI-Si膜對(duì)乙醇、乙酸乙酯的通量分別由9.2和12.5L/m2h提高到21.6和23L/m2h，正庚烷、甲苯通量由0L/m2h分別提高到23和4L/m2h;PAN/PEI-SSi膜的乙醇、乙酸乙酯通量分別提高到23和50L/m2h，正庚烷、甲苯通量分別為29和1L/m2h。填充功能性硅球后，膜的截留率均有所下降，但PAN/PEI-NSi和PAN/PEI-CSi膜對(duì)PEG1000截留率仍