一种聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜的制备方法，将聚乙烯醇、醋酸、戊二醛配制成铸膜液，以聚丙烯腈超滤膜为底膜，流延成膜；待溶剂自然挥发固化后，在聚乙烯醇膜表面沉积聚多巴胺，然后沉积聚多巴胺包裹白炭黑颗粒，加热交联，即得聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜。本发明专利技术所制备的聚多巴胺修饰白炭黑皮层与聚乙烯醇膜结合紧密，用于乙醇脱水时，渗透通量和分离因子都明显改善。

【技术实现步骤摘要】
一种聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜的制备方法
本专利技术涉及渗透汽化膜
，特别涉及一种用于乙醇脱水的聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇的表面图案化渗透汽化膜的制备方法。
技术介绍
燃料乙醇作为一种新型的绿色燃料，已成为世界可再生能源的发展重点，基于其相对较高的辛烷值和汽化热，燃料乙醇可与汽油混合使用，具有广阔的应用前景。目前，燃料乙醇主要通过第二代原料(农业残留物和森林生物质)的发酵产生，发酵法制得的乙醇再经普通精馏得到质量分数为95％的乙醇溶液。由于乙醇-水溶液是共沸点混合物，为了进一步得到无水乙醇，需要采用特殊的脱水方法。传统的脱水方法有萃取精馏法、共沸精馏法、分子筛吸附法等，与这些技术相比，渗透汽化法具有不引入第三组分，产品质量高；能耗低；不受气液平衡的限制；工艺流程简单，设备占地面积小等优点。渗透汽化的实质是以混合物中各组分的蒸汽压差为推动力，利用组分在膜中溶解-扩散性能的不同和分子大小的差异，通过渗透与蒸发将各组分分开，从而将不同组分进行分离或富集。用于有机溶剂脱水的膜材料，绝大多数是亲水性的高分子材料，如海藻酸钠、聚乙烯醇、壳聚糖等。聚乙烯醇以其价格低廉、原料易得、使用寿命长而备受青睐，1982年，德国GFT公司率先成功开发出亲水性的聚乙烯醇膜，奠定了聚乙烯醇在渗透汽化膜分离中的工业应用基础。目前，工业化的聚合物膜均为聚乙烯醇基质，但是其分离因子和通量都比较低。聚乙烯醇的溶胀性和结晶性会对渗透汽化脱水性能有较大影响，为了克服聚乙烯醇膜在水中容易发生溶胀及结晶度较高所导致的膜性能下降问题，需要对聚乙烯醇膜进行改性才能获得理想的分离性能。除了基于聚合物合成或纳米填料引入的常规改进方法之外，表面改性是一种新兴的有效方法，根据溶解-扩散模型，膜表面的性质对渗透物的溶解起很重要的作用。膜表面改性能够增强膜表面与组分的相互作用，从而提高组分在膜表面的溶解，可以打破折衷效果并优化各种膜工艺的分离性能。聚多巴胺是一种贻贝仿生类材料，可由多巴胺在弱碱性环境下自聚而得。聚多巴胺结构中含有大量的邻苯二酚和小分子胺，使得聚多巴胺可以吸附在几乎所有固体物质的表面，形成一层聚多巴胺膜。它在纳米颗粒表面上的聚合可以增强纳米颗粒对膜表面的牢固粘附。这种结合方法可以克服传统的自组装和化学结合方法带来的局限性。因此，利用聚多巴胺表面修饰无机颗粒，构造聚乙烯醇膜表面的微图案，增大膜表面粗糙度，进而提高膜的渗透通量。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜的制备方法。本专利技术所制备的表面图案化的复合膜在分离因子有所增加的同时，实现了渗透通量的较大增加，打破了“trade-off”效应。为解决上述技术问题，本专利技术的一种聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1：铸膜液的制备将聚乙烯醇粉末溶于质量分数为2％～4％的醋酸水溶液中，配制成质量分数为6-10％的聚乙烯醇溶液，加热搅拌使其溶解，冷却至室温后，随后向溶液中加入戊二醛，戊二醛的用量为聚乙烯醇质量的2％～4％，在室温下搅拌均匀得到铸膜液；步骤2：聚乙烯醇膜的制备以超滤膜为底膜，将步骤1中的铸膜液按一定厚度在底膜上刮膜，室温放置12h，使溶剂自然挥发并初步固化，制得聚乙烯醇膜；步骤3：聚多巴胺修饰聚乙烯醇膜的制备将步骤2中制备的聚乙烯醇膜固定在容器中，分离层朝上。配制5-15mM的三羟甲基氨基甲烷溶液，利用盐酸调节所述的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液的pH为8-9之间。按0.2％比例将盐酸多巴胺迅速溶解于所述的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，搅拌均匀得到溶液A。将溶液A倒入容器中，恒温振荡2h后将剩余溶液倒出，并用去离子水冲洗膜表面。最后40℃干燥2h-12h，得到聚多巴胺修饰的聚乙烯醇膜；步骤4：聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜的制备取白炭黑粉末分散于去离子水中，超声处理，得到均匀分散的5-15mg/mL的白炭黑分散液。向步骤3中所述的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中加入0.2％的盐酸多巴胺以及白炭黑分散液，室温下搅拌均匀，得到溶液B。将溶液B倒入容器中，置于摇床恒温振荡2h-12h，反应结束后将剩余溶液倒出，并用去离子水冲洗膜表面。最后在60℃-120℃下热处理2h，得到聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜。上述制备方法中，步骤1中所用的催化剂为有机酸类催化剂，所述有机酸类催化剂为冰醋酸。上述制备方法中，步骤4所用的白炭黑的粒径在10-20nm之间。上述制备方法中，步骤4所添加的白炭黑分散液，为防止其聚集，可在分散液中加入有机溶剂乙醇、二甲基亚砜其中的一种，有机溶剂和水的体积比为2:3。本专利技术所制备的表面改性膜，聚多巴胺修饰的白炭黑能够牢固地沉积在聚乙烯醇膜表面，用于乙醇脱水时，渗透通量和分离因子实现了同步增长。并且本专利技术的制备流程简单、易操作。附图说明图1为本专利技术中聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜的振荡反应为6h的表面形貌扫描电镜图。图2为本专利技术中渗透汽化膜分离性能的测试装置。其中：1、膜室，2、冷阱，3、真空泵，4、料液泵，5、料液槽，6、流量计。具体实施方式为了加深对本专利技术的理解，下面将结合实施例和附图对本专利技术作进一步详述，该实施例仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的保护范围的限定。本专利技术的一种聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜的制备方法的具体实施例如下：以下结合具体实施例对本专利技术做进一步阐述，但不是对本专利技术的局限：实施例一：称取8g聚乙烯醇粉末溶解于含2wt％冰醋酸的92g水溶液中，水浴90℃加热下搅拌2h使其聚乙烯醇溶解，冷却至室温后，过滤除去不溶解的杂质和不溶性颗粒。取20g所述的聚乙烯醇溶液，随后向溶液中加入0.032g戊二醛，在室温下磁力搅拌1h，得到铸膜液；用胶带将聚丙烯腈超滤膜固定在玻璃板上，将配置好的铸膜液倾倒在底膜一侧，然后用玻璃棒均匀并迅速地从上边线刮向下边线，然后放置于通风柜中12h，使溶剂自然挥发并初步固化，制得聚乙烯醇膜；将所述的聚乙烯醇膜固定在容器中，保证分离层朝上。称取0.605g的三羟甲基氨基甲烷溶解于500mL的去离子水中配制浓度为10mM的缓冲溶液，利用1M盐酸调节缓冲溶液的pH为8.5。取0.1g盐酸多巴胺迅速溶解于50mL所述的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，在室温下磁力搅拌1min，得到溶液A。将溶液A倒入容器中，并置于摇床中25℃恒温振荡2h，转速为150r/min。将剩余溶液倒出，并用去离子水冲洗膜表面10s，冲掉结合不牢固的聚多巴胺颗粒和杂质。最后在40℃烘箱中干燥2h，得到表面粘附聚多巴胺的聚乙烯醇膜；取0.5g沉淀法白炭黑粉末分散于50mL去离子水中，超声处理1h，得到均匀分散的10mg/mL的白炭黑分散液。称取0.1g盐酸多巴胺以及10mL沉淀法白炭黑分散液(盐酸多巴胺和白炭黑的质量比为1)加入到50mL三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，室温下磁力搅拌0.5h，得到溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：铸膜液的制备/n将聚乙烯醇粉末溶于质量分数为2％～4％的醋酸水溶液中，配制成质量分数为6-10％的聚乙烯醇溶液，加热搅拌使其溶解，冷却至室温后，随后向溶液中加入戊二醛，戊二醛的用量为聚乙烯醇质量的2％～4％，在室温下搅拌均匀得到铸膜液；/n步骤2：聚乙烯醇膜的制备/n以超滤膜为底膜，将步骤1中的铸膜液按一定厚度在底膜上刮膜，室温放置12h，使溶剂自然挥发并初步固化，制得聚乙烯醇膜；/n步骤3：聚多巴胺修饰聚乙烯醇膜的制备/n将步骤2中制备的聚乙烯醇膜固定在容器中，分离层朝上。配制5-15mM的三羟甲基氨基甲烷溶液，利用盐酸调节所述的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液的pH为8-9之间。按0.2％比例将盐酸多巴胺迅速溶解于所述的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，搅拌均匀得到溶液A。将溶液A倒入容器中，恒温振荡2h后将剩余溶液倒出，并用去离子水冲洗膜表面。最后40℃干燥2h-12h，得到聚多巴胺修饰的聚乙烯醇膜；/n步骤4：聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜的制备/n取白炭黑粉末分散于去离子水中，超声处理，得到均匀分散的5-15mg/mL的白炭黑分散液。向步骤3中所述的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中加入0.2％的盐酸多巴胺以及白炭黑分散液，室温下搅拌均匀，得到溶液B。将溶液B倒入容器中，置于摇床恒温振荡2h-12h，反应结束后将剩余溶液倒出，并用去离子水冲洗膜表面。最后在60℃-120℃下热处理2h，得到聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜。/n...

【技术特征摘要】
1.一种聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：铸膜液的制备
将聚乙烯醇粉末溶于质量分数为2％～4％的醋酸水溶液中，配制成质量分数为6-10％的聚乙烯醇溶液，加热搅拌使其溶解，冷却至室温后，随后向溶液中加入戊二醛，戊二醛的用量为聚乙烯醇质量的2％～4％，在室温下搅拌均匀得到铸膜液；
步骤2：聚乙烯醇膜的制备
以超滤膜为底膜，将步骤1中的铸膜液按一定厚度在底膜上刮膜，室温放置12h，使溶剂自然挥发并初步固化，制得聚乙烯醇膜；
步骤3：聚多巴胺修饰聚乙烯醇膜的制备
将步骤2中制备的聚乙烯醇膜固定在容器中，分离层朝上。配制5-15mM的三羟甲基氨基甲烷溶液，利用盐酸调节所述的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液的pH为8-9之间。按0.2％比例将盐酸多巴胺迅速溶解于所述的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，搅拌均匀得到溶液A。将溶液A倒入容器中，恒温振荡2h后将剩余溶液倒出，并用去离子水冲洗膜表面。最后40℃干燥2h-12h，得到聚多巴胺修饰的聚乙烯醇膜；
步骤4：聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜的制备
取...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡卫滨，程雪，李继定，陈潇涵，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11