一种乙醇选择性渗透汽化复合膜及其制备方法、分离纯化乙醇的方法技术

本发明专利技术提供一种乙醇选择性渗透汽化复合膜及其制备方法、分离纯化乙醇的方法。该复合膜的制备方法为：将1H,1H,2H,2H‑全氟癸基三乙氧基硅烷改性后的二氧化硅包覆氧化石墨烯纳米复合材料作为填料填充到聚二甲基硅氧烷中，在填充的同时采用预聚合法提高聚二甲基硅氧烷基体的粘度，并以聚偏氟乙烯微滤膜为支撑层，制备二氧化硅包覆氧化石墨烯纳米复合材料含量高的平板渗透汽化复合膜。本发明专利技术中采用预聚合法提高聚二甲基硅氧烷基体的粘度，进而提高复合膜中二氧化硅包覆氧化石墨烯纳米复合材料的添加量。因此，该复合膜具有较高的乙醇通量和选择性，将其用于乙醇水溶液的分离纯化，具有较好的乙醇分离能力。

【技术实现步骤摘要】
一种乙醇选择性渗透汽化复合膜及其制备方法、分离纯化乙醇的方法
本专利技术涉及渗透汽化
，且特别涉及一种乙醇选择性渗透汽化复合膜及其制备方法、分离纯化乙醇的方法。
技术介绍
燃料乙醇是以木质纤维素为原料，通过生物发酵等途径获得的。将燃料乙醇与汽油按一定比例混合后可制成车用乙醇汽油。随着经济的不断发展和人们对环境问题的日益关注，燃料乙醇供不应求的现象逐渐加剧。为了提高乙醇的生产效率，国内外学者探索了多种分离方法，例如蒸馏、CO2汽提、吸附、渗透汽化、蒸汽渗透等。渗透汽化作为一种低成本，无污染，高效的膜分离技术，近年来在乙醇发酵液分离中的应用受到越来越多的关注。相比于其它分离方法，渗透汽化膜分离技术具有分离选择性好、能耗低、无污染等优点。但是目前，由于无机填料和高分子基体的相容性不佳，导致渗透汽化膜存在分离因子和渗透通量不高的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种乙醇选择性渗透汽化复合膜的制备方法，该制备方法简单、易操作，适用于工业化生产。本专利技术的另一目的在于提供一种乙醇选择性渗透汽化复合膜，通过采用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷对二氧化硅包覆氧化石墨烯纳米复合材料(GO@Silica)进行改性，并将改性后的GO@Silica作为填料添加到的通过预聚合法提高基体粘度的聚二甲基硅氧烷中，得到的复合膜中GO@Silica填料添加量高，且具有较好的乙醇分离能力。本专利技术的第三个目的在于提供一种分离纯化乙醇的方法，采用上述的复合膜分离乙醇水溶液，具有较好的分离效果。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术提出一种乙醇选择性渗透汽化复合膜的制备方法，包括以下步骤：S1、GO@Silica的制备：将氧化石墨烯(GO)和聚乙烯吡咯烷酮加入乙醇水溶液中，磁力搅拌5～10min，然后加入氨水溶液和正硅酸乙酯，在25～35℃下搅拌5.5～6.5h，得到混合液，所述混合液经离心、洗涤、干燥，得到GO@Silica；S2、将所述GO@Silica溶于正庚烷中，加入1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷，搅拌40～80min后超声处理20～40min，加入聚二甲基硅氧烷(PDMS)，超声处理20～40min，得到铸膜液；S3、用粘度计监测铸膜液粘度，并以聚偏氟乙烯微滤膜为支撑层，用刮刀将脱气后的所述铸膜液涂覆在所述聚偏氟乙烯微滤膜上，室温下放置10～14h后放入70～90℃的真空烘箱中固化8～10h。本专利技术提出一种乙醇选择性渗透汽化复合膜，其根据上述制备方法制得。本专利技术提出一种分离纯化乙醇的方法，使用上述复合膜分离纯化乙醇水溶液。本专利技术实施例的乙醇选择性渗透汽化复合膜及其制备方法、分离纯化乙醇的方法的有益效果是：本专利技术采用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷对GO@Silica表面进行接枝改性处理，并将改性后的GO@Silica作为填料添加到聚二甲基硅氧烷(PDMS)基体中。在制备过程中通过采用预聚合法可增大铸膜液粘度，从而提高复合膜中GO@Silica的含量，得到GO@Silica含量高的复合膜。该复合膜具有较高的乙醇通量和选择性，将其用于乙醇水溶液的分离纯化，具有较好的乙醇分离能力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例3的GO@Silica的FTIR光谱图；图2为本专利技术实施例3的GO@Silica的拉曼光谱图；图3为本专利技术实施例3的GO@Silica的XRD谱图；图4为本专利技术实施例3的GO@Silica和PDMS/GO@Silica复合膜表面的SEM图像；图5为对比例1的PDMS膜和实施例3的PDMS/GO@Silica复合膜的TGA、DTG和DSC曲线图；图6为铸膜液粘度对PDMS/GO@Silica复合膜分离性能的影响图；图7为铸膜液粘度对乙醇和水的渗透性的影响图；图8为膜厚对PDMS/GO@Silica复合膜渗透汽化性能的影响图；图9为操作温度对PDMS/GO@Silica复合膜分离性能的影响图；图10为PDMS/GO@Silica复合膜的操作稳定性图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的乙醇选择性渗透汽化复合膜及其制备方法、分离纯化乙醇的方法进行具体说明。本专利技术实施例提供的一种乙醇选择性渗透汽化复合膜的制备方法，包括以下步骤：S1、GO@Silica的制备：将氧化石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮加入乙醇水溶液中，磁力搅拌5～10min，然后加入氨水溶液和正硅酸乙酯，在25～35℃下搅拌5.5～6.5h，得到混合液，所述混合液经离心、洗涤、干燥，得到GO@Silica。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，所述氧化石墨烯和所述聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:8～12。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，所述乙醇水溶液中，乙醇和水的体积比为7～9:1。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，所述氨水溶液和所述正硅酸乙酯的体积比为1～2:1，其中，所述氨水溶液的质量百分比为28wt.％。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，所述混合液离心后在去离子水中洗涤，并在70～90℃下干燥。S2、将所述GO@Silica溶于正庚烷中，加入1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷，搅拌40～80min后超声处理20～40min，加入聚二甲基硅氧烷，超声处理20～40min，得到铸膜液。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，所述GO@Silica、所述正庚烷、所述1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷和所述聚二甲基硅氧烷的质量比为1:90～110:0.8～1.2:10～12，其中，所述聚二甲基硅氧烷为质量比为1:8～12的RTV615A和RTV615B的混合物。通过超声处理可以确保铸膜液混合均匀，并使PDMS的两种组分之间可以部分聚合。S3、用粘度计监测铸膜液粘度，并以聚偏氟乙烯微滤膜为支撑层，用刮刀将脱气后的所述铸膜液涂覆在所述聚偏氟乙烯微滤膜上，室温下放置10～14h后放入70～90℃的真空烘箱中固化8～10h。通过粘度计对铸膜液的粘度进行监测，待铸膜液达到合适的粘度时即可对铸膜液进行涂覆。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，所述铸膜液粘度为0.1～5Pa·s。通常，采用较低浓度的铸膜液能够制备更薄的选择层，从而获得高通量。然而，低浓度的铸膜液粘度低，当加入大量GO@Silica填本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种乙醇选择性渗透汽化复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、GO@Silica的制备：将氧化石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮加入乙醇水溶液中，磁力搅拌5～10min，然后加入氨水溶液和正硅酸乙酯，在25～35℃下搅拌5.5～6.5h，得到混合液，所述混合液经离心、洗涤、干燥，得到GO@Silica；/nS2、将所述GO@Silica溶于正庚烷中，加入1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷，搅拌40～80min后超声处理20～40min，加入聚二甲基硅氧烷，超声处理20～40min，得到铸膜液；/nS3、用粘度计监测铸膜液粘度，并以聚偏氟乙烯微滤膜为支撑层，用刮刀将脱气后的所述铸膜液涂覆在所述聚偏氟乙烯微滤膜上，室温下放置10～14h后放入70～90℃的真空烘箱中固化8～10h。/n

【技术特征摘要】
1.一种乙醇选择性渗透汽化复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、GO@Silica的制备：将氧化石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮加入乙醇水溶液中，磁力搅拌5～10min，然后加入氨水溶液和正硅酸乙酯，在25～35℃下搅拌5.5～6.5h，得到混合液，所述混合液经离心、洗涤、干燥，得到GO@Silica；
S2、将所述GO@Silica溶于正庚烷中，加入1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷，搅拌40～80min后超声处理20～40min，加入聚二甲基硅氧烷，超声处理20～40min，得到铸膜液；
S3、用粘度计监测铸膜液粘度，并以聚偏氟乙烯微滤膜为支撑层，用刮刀将脱气后的所述铸膜液涂覆在所述聚偏氟乙烯微滤膜上，室温下放置10～14h后放入70～90℃的真空烘箱中固化8～10h。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯和所述聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:8～12。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述乙醇水溶液中，乙醇和水的体积比为7～9:1。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氨水溶液和所述正硅酸乙酯的体积比为1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭平，兰永强，
申请(专利权)人：三明学院，
类型：发明
国别省市：福建;35