[发明专利]一种硅烷修饰沸石填充硅橡胶复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅烷修饰沸石填充硅橡胶复合膜的制备方法，属于渗透汽化膜分离领域。 

背景技术

渗透汽化技术是一种新兴的膜分离技术，具有分离效率高、设备简单、操作方便、低能耗等显著优点，特别适用于近沸点、恒沸点混合物体系的分离，因此采用渗透汽化技术分离恒沸或近沸点混合物体系的研究受到人们的广泛重视。 

聚二甲基硅氧烷兼具有机聚合物及无机材料的特性，是一种典型的对醇具有优先选择透过性的聚合物材料，具有优良的耐臭氧及电晕放电，还具有良好的透气性、憎水性、表面张力、化学及生理惰性等也是目前人们研究最多的优先透醇膜材料之一。 

但是其自身成膜性、机械性能较差，且对乙醇的分离选择性和渗透通量均较低，难以实现工业应用要求。为此，人们向硅橡胶膜中添加具有增水性沸石分子筛，以提高其对乙醇的优先选择性。MFI型沸石是最常见的填充硅橡胶的沸石种类之一。由于沸石与硅橡胶的物理化学性质不同，在填充膜制备过程沸石在硅橡胶基体内的均匀分散和与硅橡胶的结合成为影响填充膜的渗透汽化分离性能。提高沸石填充量，容易造成填充膜内缺陷和孔洞的增加，从而分离性能下降。 

发明内容

本发明的目的是针对上述关键技术问题提供了一种可用于优先透醇的硅烷修饰沸石填充PDMS/PVDF复合膜的制备方法。这种硅烷修饰沸石填充复合膜与PDMS膜相比，对乙醇的分离选择性较好，当乙醇水溶液浓度为5wt％时，40℃下其分离因子分离因子α＝19.9，渗透通量为J＝66.3g/m²h，并且生产成本较低，具有很好的工业应用前景。 

一种硅烷修饰沸石填充硅橡胶复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 

步骤1-PVDF多孔底膜的制备，将PVDF溶于有机溶剂，配制浓度为12-18wt％的PVDF溶液，在70℃下搅拌均匀，过滤，脱泡，在聚酯无纺布上刮膜，水为凝胶浴，采用浸没沉淀相转化法得到无纺布支撑的PVDF多孔底膜，待溶剂交换彻底后，自然晾干； 

步骤2-MFI型沸石硅烷的修饰，将硅铝比为25-全硅的MFI型沸石分散于2-10倍质量的有机溶剂中，加入沸石质量5％-25％的硅烷后，在20℃-80℃下磁力搅拌1-24h，过滤后用有机溶剂洗涤，在100℃-300℃下烘干； 

步骤3-沸石填充硅橡胶(PDMS)层的制备：将上述硅烷修饰后的沸石、PDMS、交联剂、催化剂二月硅酸二丁基锡溶于有机溶剂中，搅拌均匀，其中PDMS∶交联剂∶催化剂∶有机溶剂的质量比为18∶2.4∶1∶60，沸石与硅橡胶的质量比为10∶100至60∶100，在PVDF多孔底膜上刮膜，室温晾干以交联完全。 

步骤1中所述的有机溶剂其特征在于：N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺，磷酸三乙酯，N-甲基吡咯烷酮中任意一种。 

步骤2中所述的有机溶剂溶剂其特征在于：甲苯、正庚烷、正己烷、环己烷、四氢呋喃、丙酮中的任意一种。 

步骤2中所述的硅烷其特征在于：苯基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、辛基三氯硅烷、十二烷基三氯硅烷、十六烷基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷中的一种。 

步骤3中所述的PDMS其特征在于：PDMS粘度为5000～50000mpa·s。 

步骤3中所述的有机溶剂其特征在于：甲苯、正庚烷、正己烷、环己烷、四氢呋喃、丙酮中的任意一种。 

步骤3中所述的交联剂其特征在于：苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯中的任意一种。 

本发明的关键在于采用硅烷对MFI型沸石进行修饰，对沸石表面进行改性，沸石对水的接触角由未修饰前的16.4°可以增加至硅烷修饰后的144.0°，沸石表面的增水性显著增强；并且硅烷修饰提高了沸石与硅橡胶的相容性，沸石填充量达到60％时，沸石在硅橡胶基体中的分散仍较均匀，且与硅橡胶基体的结合较好。增水性的提高和沸石与PDMS良好的结合使得填充膜具有良好的渗透汽化分离性能。制备的沸石填充PDMS/PVDF复合膜，与纯PDMS膜和未经修饰的沸石填充硅橡胶膜相比，对乙醇的分离选择性具有明显的提高，具有大规模工业应用前景。