基于功能性硅材料有機溶劑納濾膜結構調(diào)控與性能優(yōu)化.pdf

1、有機溶劑納濾是一種新興的以選擇性膜為媒介，對有機溶劑混合物進行分離和純化的技術，因其操作簡便、綠色高效而受到廣泛關注。有機溶劑納濾系統(tǒng)的核心部件是有機溶劑納濾膜，理想的有機溶劑納濾膜應同時具備良好的耐溶劑性能和分離性能。膜結構是決定其耐溶劑性能和分離性能的關鍵，而膜結構又取決于膜材料和制備方法。本論文將雜化技術和交聯(lián)技術耦合，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)膜結構，設計制備出

2、兩類雜化復合膜。并采用SEM、TEM、FTIR、TGA、DSC、接觸角測試、拉伸測試等對膜結構進行全面表征，系統(tǒng)研究膜耐溶劑性能和分離性能。探究膜材料-膜結構-膜性能間的內(nèi)在關系，旨在為不同應用體系的有機溶劑納濾研究提供理論基礎和技術支持。主要內(nèi)容和結論如下:
　　(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)為有機相活性單體

3、，在PAN基膜上制備出PAN/PEI-PDMS有機/無機雜化納濾膜。紅外光譜分析顯示PAN基膜上成功涂覆上聚乙烯亞胺(PEI)層，且復合膜活性層中TMC與PEI成功聚合生成-CONH鍵;掃描電鏡分析結果表明基膜表面復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/無機雜化復合膜。實驗結果表明，隨著PDMS含量的增加及界面聚合時間的延長，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PDMS含量增加到1.0

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

5、球(SiO2-OH、SiO2-SO3H、SiO2-C6H6、SiO2-Py);將硅球混合到PEI溶液中，與TMC進行界面聚合反應，在PAN基膜上形成復合層，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

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。接觸角測試結果表明，引入硅球后，膜接觸角均減小，膜表面親水性增強。實驗選用乙醇、丙酮、乙酸乙酯、正庚烷、甲苯五種溶劑測試膜的耐溶劑性能和分離性能。結果表明，填充硅球后雜化膜主體中無機相的存在減少了膜對溶劑的吸附，雜化膜面積溶脹度均在4.0％以下。雜化膜對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PEG1000截留率仍