一种掺杂核壳结构填料的渗透汽化膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种掺杂核壳结构填料的渗透汽化膜，属于复合膜技术领域，渗透汽化膜为在聚乙烯醇和聚丙烯酸形成的复合膜中掺杂具有核壳结构的SiO2@UiO

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂核壳结构填料的渗透汽化膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合膜
，具体涉及一种掺杂核壳结构填料的渗透汽化膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)是一种高沸点(153℃)的极性(亲水)非质子溶剂，能与水和大多数有机溶剂相互溶解。主要用作提取乙炔和制备聚丙烯腈纤维的溶剂。它还用于有机合成、染料、制药、石油精炼和树脂工业。DMF是合成各种中间体的起始原料，如酯类、嘧啶类或氯二甲基二胺类。DMF使用后会形成质量浓度为5％～25％的废液，传统分离方法如精馏处理含DMF废液存在成本高、能耗大、操作复杂和安全性差等问题，为此需选择更经济高效的分离方法。膜基分离技术具有占地面积小、能耗低、操作方便、环境友好等优点。
[0003]渗透汽化(PV)作为一种新兴膜基分离技术具备上述优点，已被广泛应用于共沸混合物的分离、有机/有机混合物的分离、水/有机混合物的脱水以及水溶液中微量挥发性有机物的去除。渗透汽化过程的分离性能依赖于各组分在极限条件下的优先吸附和扩散。因此，与常规蒸馏技术相比，渗透蒸发过程可以克服汽液平衡(VLE)的限制，只需蒸发潜热，因此能耗更低。
[0004]混合基质膜是一种将无机填料分散在有机聚合物中的复合膜，能很好地结合无机填料高比表面积、高吸附性和有机聚合物易成型、廉价的优点。Shao等人(Modern Chemical Industry 2014，34，58
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61)将NaA分子筛分散在聚丙烯腈中制得了NaA/PAN混合基质膜，当DMF进料浓度为20％时，室温条件下得到渗透通量1.84kg
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‑1以及11.5的分离系数，较低的分离系数会限制其在实际中的应用。Ma等人(Journal of Nanoparticle Research 2020，22，(3))将UiO
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66掺杂在聚酰亚胺基膜中，当UiO
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66含量为2wt.％时，得到渗透通量109.7g
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‑1以及34.1的分离系数。
[0005]聚乙烯醇(PVA)作为一种亲水性聚合物，具有很高的耐磨性、伸长率、拉伸强度、柔韧性和成本效益，是溶剂脱水亲水性膜的基准聚合物，但纯聚乙烯醇在水中易溶胀，机械性能较差，极大地限制了其应用。因此考虑在聚乙烯醇膜中掺杂无机填料以提高其性能。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术针对现有技术中聚乙烯醇膜在分离特定物系体系(DMF/H2O)时存在的渗透通量低、分离系数低以及聚乙烯醇膜耐溶胀性差的问题，提供一种掺杂核壳结构填料的渗透汽化膜，该膜具有高的渗透通量和分离系数；本专利技术的另一目的是提供其制备方法。
[0007]技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术的的一种掺杂核壳结构填料的渗透汽化膜，该渗透汽化膜为在聚乙烯醇和聚丙烯酸形成的复合膜中掺杂具有核壳结构的SiO2@UiO
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66
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NH2。
[0008]进一步地，所述的复合膜中，聚乙烯醇和聚丙烯酸(聚乙烯醇和聚丙烯酸均为高分
子固体)的质量比为8～9：1。
[0009]进一步地，所述的复合膜中，SiO2@UiO
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66
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NH2的掺杂量为聚乙烯醇和聚丙烯酸总质量的5％～15％。
[0010]进一步地，所述的一种掺杂核壳结构填料的渗透汽化膜的制备方法，包括如下步骤：
[0011]1)将聚乙烯醇、聚丙烯酸和水混合，加热后得到聚乙烯醇水溶液；
[0012]2)往聚乙烯醇水溶液加入SiO2@UiO
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NH2，搅拌混匀后，得到铸膜液，流延成膜。
[0013]进一步地，所述的具有核壳结构的SiO2@UiO
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NH2采用如下方法制备而成，包括如下步骤：
[0014]1)按照1：10～20g/mL的比例在30～69wt.％的硝酸溶液中加入二氧化硅，50～80℃下处理30～90min；
[0015]2)将反应物过滤，用水洗涤至中性，60～80℃下真空干燥，得到干燥样品A；按照摩尔比0.5～3：1的比例将四氯化锆和2
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氨基对苯二甲酸溶于60mL体积比为0.5～3：1的乙醇和N,N
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二甲基甲酰胺的混合溶液中，超声5min后加入1～5mL的乙酸，得到混合溶液B；
[0016]3)取0.1～1.0g样品A加入B中，超声搅拌后转移至水热釜中100～120℃反应24～72h得到C；将C离心后用N,N
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二甲基甲酰胺洗涤2次，再用甲醇洗涤3次，后于60～80℃下干燥，得到具有核壳结构的SiO2@UiO
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66
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NH2。
[0017]进一步地，所述的聚乙烯醇分子量为1500～5000，醇解度为50％～88％，聚丙烯酸分子量为2000～450000。
[0018]进一步地，所述的步骤1)中，所述的聚乙烯醇水溶液中，聚乙烯醇、聚丙烯酸和水的加入质量比为9：1：10；SiO2@UiO
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NH2的加入量为聚乙烯醇水溶液质量的10～30％。
[0019]进一步地，所述的步骤1)中，加热的条件为80～90℃下处理2～6h。
[0020]进一步地，所述的步骤2)中，铸膜液的固化温度为20～30℃，固化时间为不低于24h。
[0021]专利技术原理：本专利技术通过将具有核壳结构的SiO2@UiO
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NH2掺杂到聚乙烯醇和聚丙烯酸的复合膜中，有效提高了复合膜的亲水性，使膜与水分子更容易结合，提高对水的吸附含量，实现膜对水分子的优先选择性，其次，掺杂的SiO2@UiO
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NH2在膜中间形成通道，该通道更易于小分子(水分子)的通过，从而进一步提高膜对水分子的优先选择性；最后，由于金属有机骨架材料UiO
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66的热稳定性，在酸、水中稳定存在，能够有效增加膜的耐溶胀性。
[0022]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的一种掺杂核壳结构填料的渗透汽化膜，在聚乙烯醇和聚丙烯酸复合膜中通过掺杂具有核壳结构的SiO2@UiO
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NH2，能够有效提高复合膜内部的亲水基团数量，从而增大复合膜的亲水性，进而提高膜在分离DMF水溶液时的渗透通量和分离系数，进而提高膜的分离性能；同时掺杂金属有机骨架材料还提高了复合膜的机械强度，因此本专利技术膜有效解决了现有技术中聚乙烯醇膜在分离特定物系体系(DMF/H2O)时存在的渗透通量低、分离系数低以及聚乙烯醇膜耐溶胀性差的问题。
具体实施方式
[0023]以下结合具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺杂核壳结构填料的渗透汽化膜，其特征在于：该渗透汽化膜为在聚乙烯醇和聚丙烯酸形成的复合膜中掺杂具有核壳结构的SiO2@UiO
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NH2。2.根据权利要求1所述的一种掺杂核壳结构填料的渗透汽化膜，其特征在于：所述的复合膜中，聚乙烯醇和聚丙烯酸的质量比为8～9：1。3.根据权利要求1所述的一种掺杂核壳结构填料的渗透汽化膜，其特征在于：所述的复合膜中，SiO2@UiO
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NH2的掺杂量为聚乙烯醇和聚丙烯酸总质量的5％～15％。4.权利要求1
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3中任意一项所述的一种掺杂核壳结构填料的渗透汽化膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将聚乙烯醇、聚丙烯酸和水混合，加热后得到聚乙烯醇水溶液；2)往聚乙烯醇水溶液加入SiO2@UiO
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NH2，搅拌混匀后，得到铸膜液，流延成膜。5.根据权利要求4所述的一种掺杂核壳结构填料的渗透汽化膜的制备方法，其特征在于，所述的具有核壳结构的SiO2@UiO
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NH2采用如下方法制备而成，包括如下步骤：1)按照1：10～20g/mL的比例在30～69wt.％的硝酸溶液中加入二氧化硅反应；2)将反应物过滤，用水洗涤至中性，真空干燥，得到干燥样品A；按照摩尔比0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖国民，张宗琦，阮芳玲，高李璟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：