[发明专利]聚乙烯亚胺-聚丙烯酸-草酸钙/水解聚丙烯腈超薄复合膜及制备和应用

说明书

本发明公开了一种聚乙烯亚胺‑聚丙烯酸‑草酸钙/水解聚丙烯腈超薄复合膜，该超薄复合膜厚度为88～186nm，由聚乙烯亚胺层、聚丙烯酸层及内部的草酸钙构成；其中，聚乙烯亚胺的质量浓度为2g/L，聚丙烯酸质量浓度为1g/L，氯化钙、草酸钠含量为1‑5mmol/L，聚乙烯亚胺/氯化钙、聚丙烯酸/草酸钠溶液的的交替组装次数为1‑4。其制备过程包括：聚丙烯腈超滤膜水解；配制聚乙烯亚胺/氯化钙溶液，聚丙烯酸/草酸钠溶液；聚乙烯亚胺/氯化钙溶液，聚丙烯酸/草酸钠溶液用旋涂仪交替组装。本发明超薄复合膜的制备条件温和、绿色环保，制得的膜材料用于渗透蒸发乙醇/水混合体系的脱水，具有较好的渗透通量和分离因子。

技术领域

本发明涉及聚乙烯亚胺-聚丙烯酸-草酸钙/水解聚丙烯腈超薄复合膜及制备和应用，属于复合膜技术领域。

背景技术

近年来，随着经济发展和社会进步，人们对能源的需求日益增长，世界能源的消耗量与日俱增，逐渐暴露出来的能源危机也已成为全球关注的热点话题。除此之外，由于技术和设备上的落后，长期使用化石能源也会带来一系列的环境问题，例如北方严重的雾霾天气、温室效应等等。因此，寻找合适的替代能源和可再生能源，并且既要满足人类的生活需求、解决能源危机，又要保护环境质量，已经成为各国科学工作者研究工作的重点。

燃料乙醇作为一种典型的可再生液体燃料，一般是指体积分数达到99.5％以上的无水乙醇，由于其是一种良好的汽油增氧剂，可以将其制成乙醇汽油。制备燃料乙醇最常用的方法是生化法，但是其乙醇产品浓度过低，远远低于燃料乙醇的标准，不能直接被利用，因此，需要通过对其进行脱水处理，提高乙醇含量。采用膜分离技术作为一种新兴的高效分离技术，可以广泛用于分离有机混合物或共沸物、近沸点混合物，其操作简单、能耗低，分离效率高。

膜分离技术的核心是制备高性能的膜材料，杂化膜是现今兴起的一种膜材料，对于克服通量和选择性上的tradeoff效应，提高膜性能具有重要意义。层层自组装是一种常用的制备超薄复合膜的方法，在层层自组装超薄膜中原位添加仿生颗粒，调节膜多级结构，预期可以起到较好的效果。草酸钙是肾结石的主要成分，结构稳定，对水有一定吸附作用，在层层自组装膜内原位矿化草酸钙颗粒，干扰高分子链段排布，调节层间作用力，可以促进对水分子的选择性。到目前为止，聚乙烯亚胺-聚丙烯酸-草酸钙/水解聚丙烯腈超薄复合膜用于渗透蒸发未见文献报道。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供一种聚乙烯亚胺-聚丙烯酸-草酸钙/水解聚丙烯腈超薄复合膜及制备和应用，本发明基于聚乙烯亚胺和聚丙烯酸进行层层自组装，同时溶液中含有的氯化钙和草酸钠反应生成草酸钙颗粒。本方法制备的膜材料用于渗透蒸发乙醇/水混合体系的脱水，具有较好的渗透通量和分离因子。

本发明提出的一种聚乙烯亚胺-聚丙烯酸-草酸钙/水解聚丙烯腈超薄复合膜，该复合膜厚度为88～186nm，包括多孔支撑层和分离层，所述支撑层为水解聚丙烯腈超滤膜，分离层由聚乙烯亚胺层和聚丙烯酸层及内部的草酸钙构成，所述分离层制备原料为聚乙烯亚胺的质量浓度为2g/L，聚丙烯酸质量浓度为1g/L，氯化钙和草酸钠含量均为1-5mmol/L，且氯化钙和草酸钠的含量相同；所述分离层由聚乙烯亚胺/氯化钙溶液和聚丙烯酸/草酸钠溶液交替组装构成，交替组装的次数为1-4。具体的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将截留分子量为10万的聚丙烯腈超滤膜放入浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液中热处理0.5h；然后，用蒸馏水冲洗晾干得到水解聚丙烯腈超滤膜，备用；

步骤二、室温下，配制质量体积浓度为2g/L的聚乙烯亚胺溶液，并加入氯化钙配成氯化钙含量为1-5mmol/L的混合溶液A；

步骤三、室温下，配制质量体积浓度为1g/L的聚丙烯酸溶液，并加入草酸钠配成草酸钠含量为1-5mmol/L的混合溶液B；

步骤四、将步骤二中的混合溶液A用旋涂法涂敷在步骤一获得的水解聚丙烯腈超滤膜上，并水洗；