一种分离挥发性汽态组分的纳米杂化膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于中药挥发性组分分离技术领域，具体公开了一种分离挥发性汽态组分的纳米杂化膜及其制备方法，首先对氧化石墨烯进行烷基化改性，以改性后的材料作为填料制备纳米杂化膜，烷基链的引入增加了填料与PDMS的相容性，减少了填料与聚合物接触面出现界面空隙的现象；再通过在聚合物膜中嵌入烷基化的氧化石墨烯，通过改变氧化石墨烯的烷基化程度和填料的加入量，实现对聚合物链堆积状态和膜内自由体积的调控，从而增加膜材料对于中药挥发性成分的选择性，使制备的纳米杂化膜更适合于分离中药挥发性成分，并且本发明专利技术中纳米填料的加入可以增强聚合物膜的机械强度，抑制膜的形变程度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种分离挥发性汽态组分的纳米杂化膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于中药挥发性组分分离
，特别涉及一种分离挥发性汽态组分的纳米杂化膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]中药挥发性成分指中药中具有芳香气并易挥发的成分，主要包括挥发油类成分。挥发油分子量小，脂溶性强，容易穿过体内生物膜，生物利用度高，能快速吸收起效。药理实验表明：中药挥发油具有抗炎、抗过敏、抗微生物、抗突变和抗癌、驱虫作用、酶抑制作用、对中枢神经系统的作用、对呼吸系统的作用，具有广阔的应用前景。当前常见的分离中药挥发性组分的方法包括分馏法、萃取法、色谱法等。但由于药材中挥发性组分的含量较低，现有的分离技术手段分离过程繁琐，分离效率较低，难以实现挥发性组分的高效分离，同时有机溶剂污染回收等问题也限制了这些技术面向工业化生产中的应用，中药挥发性组分的分离成为了亟需解决的难点问题之一。
[0003]近年来，由于膜分离技术具有操作简单、能耗低等优势，在挥发性成分分离中有着非常广泛的应用。目前用于分离中药挥发油的膜材料主要是超滤膜、纳滤膜；蒸汽渗透膜和渗透汽化膜通常用于分离醇水等有机物与水的混合物或浓缩回收植物中具有代表性的芳香化合物。如Gopika采用纳滤膜从姜黄素副产物中回收姜黄挥发油，Du等采用聚醚基酰胺(PEBA)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜通过渗透汽化法从紫苏精油的水溶液中分离获得紫苏挥发性成分。为了提高膜分离性能的上限，一些研究者尝试制备混合基质杂化膜来分离有机物，如公开号为CN109289531A的专利申请制备了一种聚二甲基硅氧烷\介孔纳米硅复合膜用于分离有机溶剂的脱染料，公开号为CN109876682A的专利申请提出了一种碳纳米管杂化渗透汽化膜的制备方法用于茶叶中的挥发性成分的分离，而蒸汽渗透杂化膜用于分离中药挥发性成分的案例几乎没有报道。
[0004]因此，针对上述存在的问题，迫切需要开发出一种高效、稳定的蒸汽渗透杂化膜用于分离中药浸提液蒸汽中的挥发性组分，实现在气体层面上水蒸气和中药挥发性成分的高效分离。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，一方面本专利技术提出了一种分离挥发性汽态组分的纳米杂化膜，所述纳米杂化膜由聚合物支撑层和沉积在所述聚合物支撑层表面的改性无机纳米材料的聚合物分离层组成。
[0006]进一步地，所述聚合物支撑层为含氟的疏水多孔聚合物膜。
[0007]进一步地，所述改性无机纳米材料的聚合物分离层以硅烷化的氧化石墨烯为填料。
[0008]另一方面，本专利技术提出了一种分离挥发性汽态组分的纳米杂化膜的制备方法，包括以下步骤：
[0009]利用硅烷偶联剂对氧化石墨烯进行改性，得到硅烷化的氧化石墨烯；
[0010]将硅烷化后的氧化石墨烯加入到聚二甲基硅氧烷和溶剂的混合溶液中，分散后加入交联剂和催化剂，搅拌脱泡后得到改性无机纳米材料的聚合物分离层；
[0011]将所述改性无机纳米材料的聚合物分离层沉积在聚合物支撑层表面，待溶剂挥发后干燥、交联固化后得到纳米杂化膜。
[0012]进一步地，所述氧化石墨烯的片径为0.5～5μm，厚度为0.8～1.2μm，含氧量为30～37％。
[0013]进一步地，利用硅烷偶联剂对氧化石墨烯进行改性，得到硅烷化的氧化石墨烯包括以下步骤：
[0014]用无水乙醇将硅烷偶联剂稀释至体积分数为0.4～1.0％的溶液A；
[0015]将氧化石墨烯分散到无水乙醇中得到溶液B，所述氧化石墨烯和无水乙醇的料液比为5～10mg：5～10mL；
[0016]在70～100℃条件下，将所述溶液A逐滴加入溶液B中，磁力搅拌4～6h后，离心后去除上清液，将沉淀洗涤后真空干燥4～8h，得到硅烷化的氧化石墨烯。
[0017]进一步地，所述硅烷偶联剂包括3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷中的一种或多种组合。
[0018]进一步地，所述硅烷化的氧化石墨烯和聚二甲基硅氧烷的质量比为1～5﹕1000。
[0019]进一步地，所述溶剂为正庚烷；溶剂和聚二甲基硅氧烷的质量比为1：9；
[0020]所述聚二甲基硅氧烷﹕交联剂﹕催化剂的质量比为10﹕1﹕0.2；
[0021]其中，所述交联剂为正硅酸乙酯，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。
[0022]所述的纳米杂化膜可以在中药挥发性组分分离过程中应用。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]本专利技术首先对氧化石墨烯进行烷基化改性，以改性后的材料作为填料制备纳米杂化膜，所制备的纳米杂化膜为蒸汽渗透膜，基于“吸附
‑
扩散”原理实现分离过程，该纳米杂化膜与纯聚合物膜相比具有更好的分离性能，氧化石墨烯中的含氧基团烷基化增加了材料的疏水性，减少了“吸附”过程中水分子在膜表面的附着；烷基链的引入增加了填料与PDMS(聚二甲基硅氧烷)的相容性，减少了填料与聚合物接触面出现界面空隙的现象，同时由于改性材料与待分离物质之间的亲和力，使挥发性成分在“扩散”过程中占据优势。
[0025]本专利技术制备的纳米杂化膜具有良好的机械强度，由于在蒸汽渗透膜分离过程中，由于膜的料液侧在较大的蒸汽压，而膜的渗透侧处于负压，长时间的运行会导致膜发生一定程度的形变，可能使PDMS原本的结构发生改变或破坏，导致分离效果降低，而本申请中纳米填料的加入可以增强聚合物膜的机械强度，抑制膜的形变程度。
[0026]本专利技术通过在聚合物膜中嵌入烷基化的氧化石墨烯，针对含有挥发性成分的中药浸提液的分离体系，通过改变氧化石墨烯的烷基化程度和填料的加入量，实现对聚合物链堆积状态和膜内自由体积的调控，从而增加膜材料对于中药挥发性成分的选择性，使制备的纳米杂化膜更适合于分离中药挥发性成分。
[0027]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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的附图。
[0029]图1示出了本专利技术提出的一种分离挥发性汽态组分的纳米杂化膜的制备方法的流程图；
[0030]图2示出了本专利技术实施例1
‑
3中制备的纳米杂化膜和对比例中的市售疏水膜的分离效果对比图。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分离挥发性汽态组分的纳米杂化膜，其特征在于，所述纳米杂化膜由聚合物支撑层和沉积在所述聚合物支撑层表面的改性无机纳米材料的聚合物分离层组成。2.根据权利要求1所述的分离挥发性汽态组分的纳米杂化膜，其特征在于，所述聚合物支撑层为含氟的疏水多孔聚合物膜。3.根据权利要求1或2所述的分离挥发性汽态组分的纳米杂化膜，其特征在于，所述改性无机纳米材料的聚合物分离层以硅烷化的氧化石墨烯为填料。4.一种分离挥发性汽态组分的纳米杂化膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：利用硅烷偶联剂对氧化石墨烯进行改性，得到硅烷化的氧化石墨烯；将硅烷化后的氧化石墨烯加入到聚二甲基硅氧烷和溶剂的混合溶液中，分散后加入交联剂和催化剂，搅拌脱泡后得到改性无机纳米材料的聚合物分离层；将所述改性无机纳米材料的聚合物分离层沉积在聚合物支撑层表面，待溶剂挥发后干燥、交联固化后得到纳米杂化膜。5.根据权利要求4所述的分离挥发性汽态组分的纳米杂化膜的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的片径为0.5～5μm，厚度为0.8～1.2μm，含氧量为30～37％。6.根据权利要求4所述的分离挥发性汽态组分的纳米杂化膜的制备方法，其特征在于，利用硅烷偶联剂对氧化石墨烯进行改性，得到硅烷化的氧化石墨烯包括以下步骤：用无水乙醇将硅烷偶联剂稀释至体积分数为0.4
‑
1.0％...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴波，刘鑫，李传润，李万程，王昌阁，黄云，李姚，
申请(专利权)人：安徽中医药大学，
类型：发明
国别省市：