[发明专利]一种聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜的制备方法，将聚乙烯醇、醋酸、戊二醛配制成铸膜液，以聚丙烯腈超滤膜为底膜，流延成膜；待溶剂自然挥发固化后，在聚乙烯醇膜表面沉积聚多巴胺，然后沉积聚多巴胺包裹白炭黑颗粒，加热交联，即得聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜。本发明所制备的聚多巴胺修饰白炭黑皮层与聚乙烯醇膜结合紧密，用于乙醇脱水时，渗透通量和分离因子都明显改善。

技术领域

本发明涉及渗透汽化膜技术领域，特别涉及一种用于乙醇脱水的聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇的表面图案化渗透汽化膜的制备方法。

背景技术

燃料乙醇作为一种新型的绿色燃料，已成为世界可再生能源的发展重点，基于其相对较高的辛烷值和汽化热，燃料乙醇可与汽油混合使用，具有广阔的应用前景。目前，燃料乙醇主要通过第二代原料(农业残留物和森林生物质)的发酵产生，发酵法制得的乙醇再经普通精馏得到质量分数为95％的乙醇溶液。由于乙醇-水溶液是共沸点混合物，为了进一步得到无水乙醇，需要采用特殊的脱水方法。

传统的脱水方法有萃取精馏法、共沸精馏法、分子筛吸附法等，与这些技术相比，渗透汽化法具有不引入第三组分，产品质量高；能耗低；不受气液平衡的限制；工艺流程简单，设备占地面积小等优点。渗透汽化的实质是以混合物中各组分的蒸汽压差为推动力，利用组分在膜中溶解-扩散性能的不同和分子大小的差异，通过渗透与蒸发将各组分分开，从而将不同组分进行分离或富集。用于有机溶剂脱水的膜材料，绝大多数是亲水性的高分子材料，如海藻酸钠、聚乙烯醇、壳聚糖等。聚乙烯醇以其价格低廉、原料易得、使用寿命长而备受青睐，1982年，德国GFT公司率先成功开发出亲水性的聚乙烯醇膜，奠定了聚乙烯醇在渗透汽化膜分离中的工业应用基础。

目前，工业化的聚合物膜均为聚乙烯醇基质，但是其分离因子和通量都比较低。聚乙烯醇的溶胀性和结晶性会对渗透汽化脱水性能有较大影响，为了克服聚乙烯醇膜在水中容易发生溶胀及结晶度较高所导致的膜性能下降问题，需要对聚乙烯醇膜进行改性才能获得理想的分离性能。

除了基于聚合物合成或纳米填料引入的常规改进方法之外，表面改性是一种新兴的有效方法，根据溶解-扩散模型，膜表面的性质对渗透物的溶解起很重要的作用。膜表面改性能够增强膜表面与组分的相互作用，从而提高组分在膜表面的溶解，可以打破折衷效果并优化各种膜工艺的分离性能。聚多巴胺是一种贻贝仿生类材料，可由多巴胺在弱碱性环境下自聚而得。聚多巴胺结构中含有大量的邻苯二酚和小分子胺，使得聚多巴胺可以吸附在几乎所有固体物质的表面，形成一层聚多巴胺膜。它在纳米颗粒表面上的聚合可以增强纳米颗粒对膜表面的牢固粘附。这种结合方法可以克服传统的自组装和化学结合方法带来的局限性。

因此，利用聚多巴胺表面修饰无机颗粒，构造聚乙烯醇膜表面的微图案，增大膜表面粗糙度，进而提高膜的渗透通量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜的制备方法。本发明所制备的表面图案化的复合膜在分离因子有所增加的同时，实现了渗透通量的较大增加，打破了“trade-off”效应。

为解决上述技术问题，本发明的一种聚多巴胺修饰白炭黑聚乙烯醇渗透汽化膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：铸膜液的制备

将聚乙烯醇粉末溶于质量分数为2％～4％的醋酸水溶液中，配制成质量分数为6-10％的聚乙烯醇溶液，加热搅拌使其溶解，冷却至室温后，随后向溶液中加入戊二醛，戊二醛的用量为聚乙烯醇质量的2％～4％，在室温下搅拌均匀得到铸膜液；

步骤2：聚乙烯醇膜的制备

以超滤膜为底膜，将步骤1中的铸膜液按一定厚度在底膜上刮膜，室温放置12 h，使溶剂自然挥发并初步固化，制得聚乙烯醇膜；

步骤3：聚多巴胺修饰聚乙烯醇膜的制备