[发明专利]一种PDMS/PVDF复合中空纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于渗透汽化优先透过有机物的PDMS/PVDF(聚二甲基硅氧烷/聚偏氟乙烯)复合中空纤维膜的制备方法，属于渗透汽化膜分离领域。

背景技术

早在1861年，Pasteur就已发现细菌可以产生丁醇。到1945年，美国有2/3的丁醇是通过生物发酵法生产的。但是到20世纪60年代，由于发酵原料价格高、产物浓度低、产物回收费用高，并在石油化工行业的冲击之下，生物丁醇产业进展缓慢。直到1973年出现石油危机，石油短缺，石油价格飞涨，使得生物丁醇又重新受到人们的重视。

利用丙酮丁醇梭菌生产丁醇的发酵液中除了含有丁醇以外，还含有丙酮和少量的乙醇(俗称ABE发酵)。由于丁醇和丙酮对微生物有毒害作用，当产物达到一定的浓度时，微生物停止生长，出现明显的产物抑制现象，这是导致发酵产物浓度低的直接原因。因此，必须采用有效的方法将产物ABE从发酵液中分离出来，将发酵液中ABE控制在很低的浓度，降低产物抑制，提高产率和得率，并降低后续分离成本。已研究的应用于分离ABE的技术包括吸附、气提、液-液萃取、渗透萃取、反渗透和渗透汽化等(Maddox，I.S.The acetone-butanol-ethanol fermentation：Recent progress in technology[J].Biotechnol.Genet.Eng.Rev.1989，7，189-220)，其中渗透汽化由于其高选择性、经济性、简便性等优势得到广泛的研究(童灿灿，杨立荣，吴坚平等.丙酮-丁醇发酵分离耦合技术的研究进展[J].化工进展。2008，27(11)：1783-1789)。

渗透汽化(pervaporation，PV)是膜分离技术中的后起之秀，对共沸和近沸等难分物系具有优越的分离特性，被认为是最有希望代替精馏的一种分离方法。渗透汽化具有分离系数大、分离作用不受组分汽-液平衡的限制、过程中不引入其它试剂、过程简单和操作比较方便等优势。

目前应用于丙酮/丁醇/乙醇分离的渗透汽化膜主要有高分子聚合膜，无机膜以及液体膜。聚醚共聚酰胺(PEBA)是一种重要的高分子材料，用它制得厚度100μm的聚合膜对二元体系(丙酮-水、丁醇-水、乙醇-水)的分离效果为：分离因子α_丙酮＝4.2、α_丁醇＝8.2和α_乙醇＝2.4，对应的总渗透通量分别为27.4gm^-2h^-1、65.3gm^-2h^-1和37.2gm^-2h^-1(Liu，FF；Liu，L；Feng，XS.Separation of acetone-butanol-ethanol(ABE)from dilute aqueous solution by pervaporation[J].Sep.Purif.Technol.2005，42(3)：273-282)；无机膜由于材料价格昂贵、液体膜由于稳定性差等劣势限制了它们在工业上的应用。

上述的膜基本上是平板膜，其机械强度不高，且单位体积的膜面积较小，膜组件占地面积大，不易于工业化应用。而中空纤维膜则结构紧凑，单位体积的膜面积大，自支撑型，在工业应用上具有明显的优势。

发明内容

本发明的目的是提供一种PDMS/PVDF复合中空纤维膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：该PDMS/PVDF复合中空纤维膜的制备方法包括以下步骤：

(1)将聚二甲基硅氧烷溶于正己烷中，后加入交联剂混合搅拌0.5～2小时，再加入催化剂，后补充加入正己烷至混合液中聚二甲基硅氧烷的质量百分比浓度为5～30％，室温搅拌8～16小时，离心、脱泡制成制膜液；所述交联剂为正硅酸乙酯，所述交联剂与聚二甲基硅氧烷的质量比为0.06～0.1∶1；所述催化剂为二月桂酸二丁基锡，所述催化剂与聚二甲基硅氧烷的质量比为0.01～0.05∶1；

(2)将已晾干的中性聚偏氟乙烯中空纤维基膜浸入所述制膜液中2～3秒，后取出在室温下晾干，重复上述浸膜、晾干操作2～3次，然后放入真空烘箱内在30～110℃下真空干燥至完全交联，制得PDMS/PVDF复合中空纤维膜。