[发明专利]一种用于有机物溶剂过滤的杂化凝胶膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于有机物溶剂过滤的杂化凝胶膜及其制备方法，属于功能材料、环境材料和膜领域。

背景技术

在有机相体系中，应用过滤技术进行分离是一项新的研究领域，近年来得到了越来越广泛的应用【Homogeneous phase transfer catalyst recovery and re-use using solvent resis-tant membranes.Journal of Membrane Science，2002，201：65-75】。现代很多行业中的工业流程涉及的体系都是有机溶剂体系，如石油化工、精细化工、医药、植物油提取等，其中很多物质的分子量都在纳滤分离范围之内，从纳滤操作压力低，环保等优点来看，应用于有机溶剂体系中的纳滤膜具有很大发展前景，但是纳滤膜的耐溶剂性差却限制了该类膜在这个方向的发展【Journal of Membrane Science，2000，165：1-17；Journal of Membrane Science，2004，231：99-108】。大多数的纳滤膜只能应用于水相系统，如果应用于有机溶剂体系，它们就会失去结构的完整性和原有的分离性能。膜的不稳定性一方面可以导致膜的膨胀或膜的破裂从而得到非常大的膜通量。另一方面还可以导致膜的收缩从而使溶剂不能透过膜。目前用于有机相体系中的过滤膜主要是国外公司的纳滤膜，主要研究集中在探索有机相中纳滤机理和构造相应的纳滤模型。袁其朋等在经典通量模型H-P方程的基础上，建立了有机溶剂通过纳滤膜通量(J)的数学模型。通过实验考察了溶剂黏度(μ)、摩尔体积(Vm)和溶解度参数(δ2)对溶剂J的影响，验证了所建模型的准确性和适用范围【有机溶剂透过纳滤膜的通量模型研究，北京化工大学学报，2006，33(6)：93-95】。

目前商品化的耐溶剂膜材料主要是聚酞亚胺和硅橡胶两种，耐溶剂纳滤膜材料主要是聚酞亚胺、硅橡胶、聚丙烯睛、聚磷睛、聚亚胺酷以及其他交联聚合物等【Journal of Membrane Sciene，200，170：159-172】。可用于有机溶剂分离的纳滤膜主要有KOCH公司的MPF系列膜，材质为硅橡胶；W.R.Grace公司的STARMEM系列膜，材质为聚酰亚胺；Osmonics公司的Desal-DK膜，材质为聚酰亚胺。但是这些材质用于有机溶剂体系中，会发生不同程度的溶胀，对应的膜的性能就会大大降低。在很多工业中操作过程都是依靠传统技术，但是传统技术有很多弊端，耗能，设备庞大，二次污染严重，危险性也较大。

目前解决膜的耐溶剂问题主要有两种思路：一是采用无机膜，因为无机膜本身就具有良好的耐溶剂性能，但是由于无机纳滤膜的发展才刚起步且价格较贵，还有待开发其在工业中的应用；二是采用具有良好性能的膜材料，再通过相应的改性处理，增加其耐溶剂性，最终制得耐溶剂的有机纳滤膜。相对于无机膜，目前研制和开发具有耐溶剂性能的有机纳滤膜是方便可行的途径，也是当今备受关注的课题之一。

高分子凝胶是由高分子三维网络与溶剂组成的多元体系，在宏观(体积)形状上产生巨大变化的聚合物网络。水凝胶干燥后形成诸多孔结构的干凝胶，这些干凝胶具有抗有机物溶剂的能力。但是大多数人造普通水凝胶的机械强度很差，容易变形，并且随着含水量的不同发生溶胀和消溶胀。传统上提高水凝胶强度的方法主要集中在改善水凝胶的交联密度上，但是仅仅通过提高交联密度并不能从根本上提高水凝胶的强度，并且还会大大降低水凝胶的柔韧性，使水凝胶变得很脆。美国哈佛大学的研究人员开发出了高弹性和高韧性的水凝胶，其成分是海藻酸盐和聚丙烯酰胺【Highly stretchable and tough hydrogels，Nature，2012，489(7414)：133-136】。这两种物质单独形成的水凝胶弹性和韧性都不大，但如果把它们按一定比例混合起来在水中聚合，会得到一种新型水凝胶。虽然新型水凝胶中约90％是水，但其弹性超强，可以拉伸到原有长度的20倍以上而不断，之后还能够自行恢复原状。它的韧性也很好，把一块这样的水凝胶掰断，需要耗费的能量与掰断一块天然橡胶差不多。水凝胶经过冷冻干燥、逐级脱水后可得到多孔干凝胶材料，目前还没有干燥后的水凝胶用于过滤有机溶剂的报道。