[发明专利]一种渗透汽化膜及其制备与应用

说明书

本发明涉及一种渗透汽化膜及其制备方法。该方法在现有的以PDMS为原料的渗透汽化膜上引入光引发固化基团并与光引发剂配成铸膜液，该铸膜液能够很长时间保存，而在光引入后大大缩短了渗透汽化膜固化的时间并且减少了铸膜液渗入底膜的可能，所制得的膜分离效率较高。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种渗透汽化膜及其制备与应用。

背景技术

丙酮-丁醇-乙醇(ABE)发酵法产丁醇是一种具有可持续性的工艺，通常以自然产物以及造纸废液等为原料，并且投资少、设备较简单、条件温和、副产物少、分离简单。然而，由于丁醇具有毒性，当丁醇的浓度在发酵液中达到11g/L时，大约50％的微生物会受到抑制而停止生长，因此会影响最终的发酵浓度，所以将生成的丁醇及时分离出来是提高丁醇产率的必要手段。

渗透汽化是一种用来分离均相液体混合物的新型高效的膜分离技术，它利用不同组分在膜中的溶解、扩散性能的不同，使某些组分选择性地透过分离膜，而在透过侧，该组分以蒸汽的形式离开渗透汽化膜，并被冷凝收集。与传统的分离工艺相比，渗透汽化操作简便，节能并且不受到分离溶液恒沸点的影响。由于渗透汽化的各种优点，经常被用于溶液中少量组分的去除。

在渗透汽化的过程中，关键是渗透汽化膜的制备，在传统的以聚硅氧烷为原料的渗透汽化膜的制备过程中，一般是以端羟基封端的PDMS(聚二甲基硅氧烷)为主要原料，TEOS(正硅酸乙酯)为交联剂，DBTDL(二月桂酸二丁基锡)为催化剂合成铸膜液，这种固化方式是不可控的，在加入催化剂后，铸膜液无法维持很长时间，几分钟内便变得粘稠无法刮膜，并且在刮膜之后一般采用常温或者热交联，固化时间较长，很容易造成铸膜液渗入到底膜中，影响膜的分离性能，这种技术瓶颈使得刮膜的效率无法提升，无法进行连续刮膜，并且在室温条件下进行交联的话，需要数小时才能使膜完全固化，在时间上限制了技术的应用，长时间的固化使得铸膜液渗入到底膜之中，影响了分离性能。

因此，如何提升刮膜的效率以及缩短膜完全交联固化的时间成为目前急需解决的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种渗透汽化膜材料及其制备方法。采用该方法制膜刮膜效率高并且固化时间短，所制得的膜分离效率较高。

为此，本发明第一方面提供了一种改性聚硅氧烷膜材料，其分子结构如式Ⅰ所示：

式Ⅰ中，

R为改性剂中所含的光引发基团；

R₁为聚硅氧烷端基；

R₂为光引发剂；

n₁、n₂和n₃为改性聚硅氧烷中硅氧链的重复单元数，取值为自然数；

m为改性聚硅氧烷膜材料中改性聚硅氧烷链的重复单元数，取值为自然数。

在本发明的一些实施例中，所述改性聚硅氧烷膜材料的厚度为5-15μm，接触角为103-105°。

本发明第二方面提供了一种渗透汽化膜，其包括如本发明第一方面所述的改性聚硅氧烷膜材料。

在本发明的一些实施例中，所述渗透汽化膜在45-75℃下分离1.5％(v/v)的丁醇水溶液的分离因子为45-50，通量为700-900L/m²h。

本发明第三方面提供了一种渗透汽化膜的制备方法，其包括：

步骤C，将改性聚硅氧烷与光引发剂混合制成铸膜液；

步骤D，将铸膜液在基底上刮膜，获得涂覆于基底上的改性聚硅氧烷液态膜；