[发明专利]一种疏水改性黑滑石基复合渗透汽化膜及其应用

说明书

本发明公开了一种黑滑石基复合渗透汽化膜，按如下方法制备：首先将球磨得到的超细黑滑石粉分散在有机溶剂A中，然后加入硅烷偶联剂，进行反应，将反应得到的粉体离心、洗涤并烘干；然后将硅烷偶联剂改性黑滑石分散在溶剂B中，再加入聚二甲基硅烷搅拌，加入交联剂与催化剂反应一段时间；然后将所述得到的粘稠液体涂于基膜表面，然后室温放置一段时间后，进行热处理得到复合膜。相比于PDMS膜，黑滑石基复合渗透汽化膜具有更好的分离性能，渗透通量与分离因子均得到显著提高，其在挥发性有机物回收方面具有工艺简单、操作简单、回收率高、能耗低、安全性高等优势。

技术领域

本发明属于功能性膜制备及分离应用的技术领域,具体涉及一种疏水改性黑滑石基复合渗透汽化膜及其应用。

背景技术

近年来，由于化石燃料短缺和环境问题，替代可再生生物燃料备受关注。以生物质为原料生产的生物醇因其能源效率和长期可持续性而被广泛认为是一种很有前途的替代能源。然而，当醇浓度较高时，发酵过程通常会受到抑制，应从水溶液中回收醇以提高醇产量。通常采用常规精馏工艺，能耗高，生产成本高。

渗透汽化(PV)因其能耗低、分离共沸或同分异构体的效率高、环保性能好、操作条件温和等优点，在各个领域受到越来越多的关注。众所周知，膜材料的性能是决定渗透汽化综合性能的关键因素。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是醇渗透选择膜的基准材料，得到了许多研究者的广泛研究。然而，纯PDMS膜的分离系数在较低，在通量和选择性之间的平衡限制(Trade-off)，限制了其在工业上的应用。因此，为进一步提升PDMS膜的分离性能，填充疏水性纳米材料逐渐成为了研究的热点。

非金属矿资源的开发与应用水平已成为衡量一个国家科技、经济水平的重要标志之一。然而，我国非金属矿行业整体加工水平与世界发达国家相比仍存在着较大差距。我国滑石产业就面临着这样的问题。截至2016年，世界滑石总年产量基本维持在800万吨左右；其中，我国作为滑石储量及生产大国，约占世界总年产量的1/4。其中，黑滑石储量很大。江西是我国的滑石大省，具有非常丰富的滑石资源，滑石储量多达10亿吨。黑滑石高端产品以及高附加值改性技术，是实现我国黑滑石产业的全面转型升级的关键。从结构上来说，黑滑石是层状材料，单层黑滑石有Si-Mg-Si滑石片组成，同时滑石片层间掺杂类石墨片层。黑滑石的外层硅层以及类石墨有机碳层，与PDMS具有相似的性质，因此将其引入PDMS基质中，有望提高PDMS膜的渗透汽化性能。

发明内容

为了克服现有技术中通量低或选择性低的缺陷，本发明提供一种疏水改性黑滑石基复合渗透汽化膜及其制备方法与在有机物回收中的应用。结合国内黑滑石矿产资源丰富的优势，拓展其在膜分离领域的应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种疏水改性黑滑石基复合渗透汽化膜，所述疏水改性黑滑石基复合渗透汽化膜按如下方法制备：

(1)疏水改性黑滑石粉体的制备：首先将粒径为200～1000μm的超细黑滑石粉体(黑滑石来源于江西广丰)超声分散于有机溶剂A中，加入硅烷偶联剂，60～80℃下搅拌反应12～48h(优选60℃下搅拌24h)，将所得反应后的黑滑石粉体洗涤、离心、干燥，即得所述疏水改性黑滑石粉体；所述有机溶剂A为正己烷、正庚烷或环己烷，优选正己烷；所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、氯硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷或正十二烷基三甲氧基硅烷(优选正丙基三甲氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷或正十二烷基三甲氧基硅烷)；所述超细黑滑石粉体的质量以有机溶剂A的体积计为0.2～2mg mL^-1(优选1mg mL^-1)；所述硅烷偶联剂的体积为有机溶剂A的体积的2～4％(优选3％)；由于黑滑石疏水性不是很好，因此为拓展黑滑石在渗透汽化膜方面的应用，需要对黑滑石进行进一步疏水改性。