[发明专利]季铵盐型阳离子聚电解质‑阴离子表面活性剂复合物的制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料制备和膜分离领域，尤其涉及一种季铵盐型阳离子聚电解质-阴离子表面活性剂复合物的制备方法及用途。

背景技术

渗透汽化(Pervaporation, PV)是一种节能、高效的膜分离技术，在有机物脱水、水中微量有机物回收和有机混合物体系分离等方面具有明显的优势。将PV分离技术用于生物发酵制备醇类生物燃料可显著提高效率、降低能耗和减小污染。膜材料是膜分离技术研究的核心，研究分离性能优异的优先透醇膜材料对于推动膜法生物燃料的发展至关重要。目前，优先透醇膜材料主要是含硅聚合物，尤其是橡胶态聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚三甲基硅丙炔(PTMSP)。PTMSP具有高的选择性及渗透性，但其操作稳定性较差，因此PDMS仍然是目前人们研究最多的优先透醇膜材料之一。但PDMS的成膜性、机械性能和通量低（Chem. Technol. Biotechnol. , 2005, 80: 603~629），极大的限制了其工业化应用。

为了探索高通量新型渗透汽化优先透醇膜材料，文献报导中研究者也进行一些新的透醇膜材料的探索。用亲水性聚电解质壳聚糖与聚氧乙烯进行共混，获得了优先透醇膜（J. Appl. Polym. Sci., 1999, 73: 1145-1151），由于聚氧乙烯的加入，使得壳聚糖链结构变得疏松，同时也增强了水分子间以氢键结合成水分子簇的能力，两方面共同作用使乙醇优先透过膜。然而，这类聚电解质类亲水性材料交联度低，疏水性差，对乙醇的选择透过性不高。因此，从渗透汽化溶解-扩散传质模型出发，依据优先吸附和透过醇分子的原则，设计出其他非橡胶类的疏水型高自由体积膜材料是十分必要。

聚电解质-表面活性剂复合物（Polyelectrolyte~surfactant complex, PESC）是由聚电解质与带相反电荷表面活性剂通过静电作用形成具有稳定结构的大分子复合物。文献报道将了将阳离子季铵盐表面活性剂与聚丙烯酸采用LBL的方式沉积于聚（丙烯酸-b-丙烯腈）底膜上(Journal of Applied Polymer Science, Vol. 110, 3234–3241 (2008))，并将其用于超滤膜分离技术，实验发现随着沉积层数的增加，水透过性降低。文献报道将阴离子型硫酸化纤维素与不同烷烃链的阳离子型表面活性剂复合的采用两层涂覆的方法制备的PESC膜（J. Membr. Sci., 2001, 194: 91–102），利用PESC与有机物分子的极性差异，实现了环己烷、甲基特丁基醚和碳酸二丁酯等有机物中甲醇的分。PESC内部的离子交联结构能够有效抑制膜在醇/水料液中过度溶胀，保持膜的稳定性，表面活性剂的疏水长链和聚电解质的疏水主链，能有效提供膜对醇的优先选择吸附和透过。聚电解质和表面活性的种类丰富，二者复合条件可变因素多，可获得结构众多、功能各异的复合物体系。本发明克服了现有渗透汽化分离膜方法中膜制备工艺复杂、材料选择范围窄、疏水稳定性差、孔结构不易调控等缺陷，采用简便方法制备了渗透汽化透醇膜材料，且聚电解质和表面活性剂种类丰富。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种季铵盐型阳离子聚电解质-阴离子表面活性剂复合物的制备方法及用途。

季铵盐型阳离子聚电解质-阴离子表面活性剂复合物的制备方法包括以下步骤：

（1）复合物的制备：（a）将季铵盐型阳离子聚电解质加入到水溶液中，在20~60℃下搅拌3~12h，待完全溶解，调节溶液pH，得到季铵盐型阳离子聚电解质溶液；（b）将阴离子表面活性剂加入水溶液中，在20~60℃下搅拌3~12h，待完全溶解，调节溶液pH，得到阴离子表面活性剂溶液；（c）将阴离子表面活性剂水溶液以10 mL/min的速度逐滴加入到季铵盐型阳离子聚电解质水溶液中，待上清液完全澄清，过滤，得到白色固体，用去离子水彻底清洗，取出白色固体，在60℃烘干12~24 h，得到固态季铵盐型阳离子聚电解质-阴离子表面活性剂复合物；

（2）制膜液的制备：将固态季铵盐型阳离子聚电解质-阴离子表面活性剂复合物加入到有机溶剂中，在20~50℃下搅拌5~24h，待溶液呈澄清透明状后，在20~50℃静置脱泡1~5 h，得到季铵盐型阳离子聚电解质-阴离子表面活性剂复合物分散液；