[发明专利]金属有机化合物填充交联聚硅氧烷渗透汽化膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属有机化合物填充交联聚硅氧烷渗透汽化膜及其制备方法，属于膜分离技术领域。

背景技术

受世界石油资源、价格、环保和全球气候变化的影响，发展生物燃料已成为许多国家提高能源安全、减排温室气体、应对气候变化的重要措施。作为生物燃料之一，乙醇、丁醇等燃料低分子醇均为有希望替代石油的可再生清洁能源。在生物发酵制备酒精过程中，如能及时将低分子醇移出，则不但可以得到低分子醇产品，还可降低其对发酵过程的抑制作用，使过程连续进行。由于发酵液中低分子醇含量较低，采用传统的蒸馏分离技术耗能很大。渗透汽化膜分离技术是一种利用液体混合物中各组分在致密膜内溶解、扩散性能的不同而使之分离的新型膜过程。它具有分离效率高、设备简单、操作方便、能耗低等优点。渗透汽化膜技术可连续地从发酵液中分离出低分子醇，不但提高发酵效率，降低设备成本，还能替代部分蒸馏过程以降低能耗。

目前，国内外用于分离低分子醇的渗透汽化膜主要以无机沸石和有机高分子材料为主。无机沸石膜强度高、耐腐蚀、耐溶剂和耐高温，但由于制备成本高，制备过程复杂，限制了其工业应用。有机高分子材料的典型代表是聚二甲基硅氧烷。由于分子链柔软，链间自由体积大，聚二甲基硅氧烷渗透汽化膜的渗透通量较大。而且膜在操作中的稳定性好，加工性能较好，容易制各成超薄的复合膜。中国发明专利CN200710118481.6中公开了一种优先脱醇聚二甲基硅氧烷/聚偏氟乙烯多层复合膜及其制备方法，在浓度为5wt％乙醇水溶液，60℃下分离因子为15，渗透通量为450g/(m²·h)。但是有机高分子膜的分离选择性较低，同时耐溶剂、耐腐蚀和耐热性较差，难以提供稳定的分离选择性和渗透通量。

研究表明，将无机粒子填充有机高分子渗透汽化膜中，可以大大提高有机高分子膜本身的理化稳定性和渗透汽化性能。展侠等(膜科学与技术，2009，4，29)介绍了一种高通量ZSM-5填充硅橡胶复合膜，在50℃沸石填充量为40％时，对5％乙醇溶液的分离因子为11.7，其渗透通量达到749.8g/(m²·h)；韩小龙等(化工进展，2009，21)介绍了一种氯硅烷改性ZSM-5填充PDMS复合膜，在40℃下，乙醇浓度为5％时，其分离因子最高可达15.8，渗透通量为202.95g/(m²·h)。孙德等(塑料，2010，1，39)介绍了一种纳米白炭黑填充硅橡胶复合膜，在60℃时，对5％乙醇溶液的分离因子可达16.09，渗透通量为75.39g/(m²·h)。但是由于无机粒子与高分子材料的相容性较差，目前所制备的无机粒子填充有机高分子渗透汽化膜的强度较低，同时膜的寿命短，重复性差，膜的分离因子和渗透通量也难以同时增加。

与以往方法不同，本发明在充分实验的基础上提出并实现了一种由金属有机化合物填充聚硅氧烷渗透汽化膜及其制备方法。金属有机化合物是由含氧、氮原子等多卤有机配体(大多是芳香多酸)与过渡金属离子自组装而成的配位聚合物，是一种类似沸石的高孔隙率、高吸附、热稳定性好的新型多孔材料。已有研究表明金属有机化合物在催化、磁性、生物活性、气体存储和分离等方面表现出了良好的性能。本发明通过将金属有机化合物填充到聚硅氧烷膜中，制备出了适用于发酵液中低分子醇分离的新型渗透汽化膜材料，该膜具有渗透通量大、分离效果好、强度好、结构稳定等优点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种金属有机化合物填充交联聚硅氧烷渗透汽化膜及其制备方法

按照本发明提供的技术方案，金属有机化合物填充交联聚硅氧烷渗透汽化膜，配方比例按重量份计如下：交联剂10-15份、催化剂0.1-0.5份、线性聚硅氧烷70-80份、溶剂5-10、1-5份的金属有机化合物和高分子多孔底膜；

将交联剂、催化剂、线性聚硅氧烷和溶剂混合反应生成预聚体，加入金属有机化合物交联反应得到铸膜液，将其涂覆在高分子多孔底膜上，干燥后加热即得产品金属有机化合物填充交联聚硅氧烷渗透汽化膜。

金属有机化合物填充交联聚硅氧烷渗透汽化膜的制备方法，采用以下工艺步骤：其配方比例按重量份计：

(1)预聚体的制备：取交联剂10-15份、催化剂0.1-0.5份、线性聚硅氧烷70-80份和溶剂5-10份，在20-30℃下均匀混合，升温并控制反应温度为50-80℃反应1-3h生成预聚体；