[发明专利]一种纳米尺度分散的高性能有机/无机杂化膜制备方法

说明书

一种纳米尺度分散的高性能有机/无机杂化膜制备方法，属于膜分离技术领域。所述方法包括：选取液态低聚物作为膜液A，将定量的疏水性无机纳米颗粒均匀地分散于固化剂溶液中形成悬浮液B；将预处理后的多孔基膜固定于载膜台上并匀速旋转；分别将膜液A和悬浮液B以雾化方式喷涂在多孔基膜表面；一定温度下使液态低聚物在多孔基膜表面快速发生交联反应，得到纳米尺度分散的高性能有机/无机杂化膜。本发明可有效避免无机纳米颗粒在低聚物反应成膜过程中发生的团聚现象，使纳米颗粒在分离层内以纳米尺度分散，并在极短时间内即可制得高分散和高性能有机/无机杂化膜；且整个制膜工艺绿色、环保、操作简单，易于规模化制备。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，特别涉及一种纳米尺度分散的高性能有机/无机杂化膜制备方法。

背景技术

随着环境污染的日益严峻及化石能源的日趋匮乏，生物醇(生物乙醇、生物丁醇)作为一种清洁、可再生的新型能源，已受到世界各国的高度重视。但由于产物抑制作用，传统发酵工艺仅得到浓度极低的乙醇及丁醇稀溶液，需要进一步的分离浓缩。渗透汽化优先透醇膜技术具有高效、节能、环保等优点，且对微生物无毒害作用，因此，将其与发酵工艺进行耦合可使发酵液中乙醇及丁醇原位实时移出，从而提高生物发酵效率和生物醇产率。

其中，渗透汽化技术发展的关键和核心是开发和制备高性能优先透醇膜材料。一般地，优先透醇膜材料分为传统有机透醇膜、无机透醇膜和有机/无机杂化透醇膜。但有机透醇膜分离性能差，并且其发展受制于trade-off(通量和选择性成反比)现象，应用范围受到很大限制；而无机透醇膜的开发一直受限于缺少低成本、简单且成熟的制备技术。有机/无机杂化透醇膜是将疏水性的无机纳米粒子填充到有机聚合物基质中，并将其复合到基膜表面而制备的一类渗透汽化膜。将有机和无机材料杂化和复合，可实现有机和无机材料的优势互补，是目前渗透汽化优先透醇膜材料发展的优选方向。

但是，有机/无机杂化优先透醇膜的发展存在以下几个重要的技术难点：(1)绝大多数的有机/无机杂化优先透醇膜材料都是由传统的刮膜法、浸渍法制备，在成膜过程中，由于存在挤压作用，导致无机纳米粒子发生二次团聚现象，使其在所制备的杂化膜分离层中分散性差，团聚严重，影响膜的透醇性能；(2)在膜液的刮涂过程中存在人为因素，由此导致基膜表面形成的杂化分离层厚度不均，易产生缺陷，所制备的膜结构和性能不稳定，重复性差；(3)在传统方法制膜过程中，需要先配制高分子聚合物/无机混合膜液，经超声、搅拌后，再将其刮涂在多孔基膜上，还需要溶剂的挥发、后处理等多步操作才能完成，过程极其复杂；且整个过程需要持续几小时到十几个小时，甚至几天才能制得有机/无机杂化透醇膜，耗时多，成膜效率极低；(4)传统方法一般采用固态或高黏度的高聚物作为杂化分离层的交联主体，在刮涂之前，高聚物需要溶解在有机溶剂(如正庚烷、、环己烷、甲苯、三氯甲烷、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、吡咯烷酮等)中，这些有毒有害溶剂的大量使用和挥发会对环境造成严重的二次污染。