【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种加压辅助抽滤法制备复合膜材料，属于聚合物膜制备技术。
技术介绍
1、由于二氧化碳(co2)的大量排放，已经成为全球关注的问题。对此研究人员提出许多二氧化碳负排放技术(nets)，尤其是生物能源发酵技术，来实现二氧化碳负排放转型。生物乙醇作为生物能源之一，具有特殊的吸引力，然而，生物发酵生产乙醇时也会产生大量二氧化碳。并且在乙醇发酵过程中，co2往往主要与气化的乙醇混合，在工业生产中可能未经处理就被丢弃，造成二次污染和乙醇的浪费。因此，如何分离和回收发酵尾气中的二氧化碳和乙醇，对实现二氧化碳净零排放和环境保护具有重要意义。
2、膜分离技术(如蒸气渗透)具有高效、节能等特点，被认为是最合适的处理技术之一。而且膜的选择性越高，膜过程所需的能量就越低。因此，人们提出了许多提高膜性能的方法。合成新的膜材料被认为是最典型的方法[synthesis of azo-linked porouspolymers as fillers to enhance the performance of mixed-matrix membranes forthe separation of bioethanol fermentation tail gas,chemical engineeringjournal 456(2023)141141.]。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于一种加压辅助抽滤法制备复合膜材料，本方法解决了现有液体和气体分离方面存在的局限性以及传统溶剂刮膜技术
2、本专利技术的目的可以通过以下措施达到：
3、一种复合膜材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
4、(1)首先将聚合物粉末溶于有机溶剂中，搅拌至完全溶解制备成膜溶液；
5、(2)将膜溶液加至装有支撑体的滤瓶中进行真空抽滤，抽滤过程和/或抽滤结束后，对膜层施加压力，之后经交联干燥后即可得到复合膜材料。
6、本专利技术技术方案中：步骤(1)中，所述聚合物为聚酰胺、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚醚嵌段酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚砜和聚苯乙烯中的任意一种。
7、本专利技术技术方案中：步骤(1)中，所述有机溶剂为四氢呋喃、甲苯、氯仿、甲醇、丙酮、甲基吡咯烷酮、n,n'-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、六甲基磷酰胺、间甲酚、乙腈、二恶烷、苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯、乙烯乙二醇醚、三乙醇胺、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、间甲酚、乙腈、苯、甲苯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、三氯丙烷和二氯乙烷中的任意一种。
8、本专利技术技术方案中，步骤(1)中，膜溶液的浓度为0.01～20mg/ml；优选：膜溶液的浓度为0.05～2mg/ml。
9、本专利技术技术方案中，步骤(1)中，每平方厘米底膜过滤的膜溶液体积为：0.05～200ml；优选：每平方厘米底膜过滤的膜溶液的体积为：50～150ml。
10、本专利技术技术方案中：在步骤(1)中支撑体的孔径为：1～400nm，进一步优选支撑体的孔径为：200～300nm；
11、支撑体选自有机材料底膜或无机材料底膜，优选所述的支撑体为聚酰胺，聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯、聚偏二氯乙烯和陶瓷中任意一种。
12、本专利技术技术方案中，步骤(2)中，抽滤结束后对膜层施加的压力时间为：0.1～20h；优选时间为：1.5～2.5h；抽滤结束后对膜层施加压力为：5～2000kpa；优选压力为：200～300kpa；
13、步骤(2)中，抽滤过程中加压时间为：0.5～20h；优选时间为：1～1.5h；抽滤过程中施加的压力为：10～2000kpa；优选压力为：150～250kpa。
14、本专利技术技术方案中，在步骤(2)中，交联干燥的温度范围为20～200℃，优选：干燥温度在溶剂的沸点以下60～120℃；
15、步骤(2)中，干燥时间为12～72h，优选干燥时间为48～72h。
16、一种复合膜材料，该复合膜采用上述的方法制得。
17、本专利技术技术方案中，上述方法制得的复合膜材料在作为分离膜分离vocs/惰性气体分离、共沸体系分离、惰性气体分离以及超净高纯试剂分离方面的应用；优选分离体系为ethanol/co2、h2/ch4、异丙醇离子提纯、methanol/dmc或n2/正己烷体系；
18、优选：原料液浓度为500～50000ppm；进一步优选：原料液浓度为1800～6000ppm；
19、优选：所述的复合膜材料均可在分离体系中用于膜前侧加压以及膜后侧抽真空等两种测试；膜前侧加压测试：温度范围为-30～80℃，压力范围为0.1～2000kpa；优选：温度为20～80℃，压力为10～1000kpa；
20、膜后侧抽真空测试：温度范围为-30～120℃，渗透侧真空度范围为100～30000pa；优选：温度为20～80℃，渗透侧真空度为200～5000pa。
21、本专利技术方法所制得复合膜不仅满足聚合物膜分离要求，提高了渗透通量和选择性，可以根据膜溶液体积的不同，制备不同厚度的复合膜，并且制膜方式简单，膜厚均一，可以更好满足工业化需求。
22、本专利技术的有益效果：
23、本专利技术所制备的分离膜在用于多种体系下的分离，具有较高的渗透系数和选择性。聚合物膜材料具有较好的稳定性、延展性、热稳定性和化学稳定性以及优良的耐溶剂性。本专利技术制备膜材料不仅提高了气体的通量，可以满足聚合物膜的分离要求。并且制膜方式简单，可以有效提高效率，降低投资成本，更好的满足产业化的需求。
24、本专利技术中采用加压辅助抽滤法进行复合膜的制备，其核心在于，在溶剂的条件下对膜层施加压力，并采用升温固化的方式制得复合膜。此方法不仅可以通过调整溶液的量和浓度来制备不同厚度的膜，并且在过滤过程中施加压力，可使得所制备的复合膜结构更紧密，实现更高的选择性。同时，所使用的聚合物膜溶液根据聚合物的溶解性，可配置稀溶液(例如0.01mg/ml)，这对于微溶聚合物也可以通过此方法制备复合膜，拓展了应用范围。此外，制备过程中所需的膜溶液通过底膜过滤后，99％以上的溶液可直接回收利用，避免了传统溶剂刮膜技术大量溶剂的挥发，降低后处理成本和时间。若只采用抽滤法或者加压法进行复合膜的制备，所制备复合膜的选择性层较为疏松或开裂，不利于分离。也有研究者，发现在热塑性聚合物膜的制备过程中施加压力也可提高其选择性[cn116966762a]，其技术核心在于采用在无溶剂的条件下对膜层施加压力，并采用降温固化的方式制得复合膜，与本技术溶液抽滤加压，并升温固化的方式完全不同。
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1.一种复合膜材料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述聚合物为聚酰胺、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚醚嵌段酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚砜和聚苯乙烯中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述有机溶剂为四氢呋喃、甲苯、氯仿、甲醇、丙酮、甲基吡咯烷酮、N,N'-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、六甲基磷酰胺、间甲酚、乙腈、二恶烷、苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯、乙烯乙二醇醚、三乙醇胺、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、间甲酚、乙腈、苯、甲苯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、三氯丙烷和二氯乙烷中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中，膜溶液的浓度为0.01～20mg/ml；优选：膜溶液的浓度为0.05～2mg/ml。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中，每平方厘米底膜过滤的膜溶液体积为：0.05～200ml；优选：每平方厘米底膜过滤的膜溶液的体积为：50～150ml。
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7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中，抽滤结束后对膜层施加的压力时间为：0.1～20h；优选时间为：1.5～2.5h；抽滤结束后对膜层施加压力为：5～2000kPa；优选压力为：200～300kPa；
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，交联干燥的温度范围为20～200℃，优选：干燥温度在溶剂的沸点以下60～120℃；
9.一种复合膜材料，其特征在于，该复合膜采用权利要求1～8任一项所述的方法制得。
10.权利要求1所述方法制得的复合膜材料在作为分离膜分离VOCs/惰性气体分离、共沸体系分离、惰性气体分离以及超净高纯试剂分离方面的应用；优选分离体系为Ethanol/CO2、H2/CH4、异丙醇离子提纯、Methanol/DMC或N2/正己烷体系；
...【技术特征摘要】
1.一种复合膜材料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述聚合物为聚酰胺、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚醚嵌段酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚砜和聚苯乙烯中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述有机溶剂为四氢呋喃、甲苯、氯仿、甲醇、丙酮、甲基吡咯烷酮、n,n'-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、六甲基磷酰胺、间甲酚、乙腈、二恶烷、苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯、乙烯乙二醇醚、三乙醇胺、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、间甲酚、乙腈、苯、甲苯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、三氯丙烷和二氯乙烷中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中，膜溶液的浓度为0.01～20mg/ml；优选：膜溶液的浓度为0.05～2mg/ml。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中，每平方厘米底膜过滤的膜溶液体积为：0.05～200ml；优选：每平方厘米底膜过...
【专利技术属性】
技术研发人员：周浩力，乐中原，许仕林，刘雪松，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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