[发明专利]亲水改性聚酰胺渗透汽化复合膜及其制备方法

说明书

本发明基于水分子在渗透汽化膜的吸附与脱附机理，制备了膜表面亲水，膜内部疏水的新型渗透汽化脱水复合膜。首先利用界面聚合法制备了较为疏水的聚酰胺膜层，后在聚酰胺膜表面涂覆亲水层，通过改变聚酰胺的制备条件、亲水层的种类及浓度，获得了利于水分子通过且缺陷较少的高亲水性渗透汽化膜。该方法采用价廉环保的材料作为亲水层，改变了传统聚酰胺后处理方法的复杂性，易于推广。在提高膜分离性能的同时可减少细菌滋生，用于渗透汽化脱水膜、渗透汽化有机物分离膜、耐污染纳滤膜、耐污染反渗透膜，为制备在苛刻条件下具有高性能膜的制备开辟了新思路和新方法。

技术领域

本发明涉及亲水改性聚酰胺渗透汽化复合膜及其制备方法，适用于工业生产无水乙醇的过程。

背景技术

为解决能源紧缺问题，缓解环境污染压力。燃料乙醇，一般是指体积浓度达到99.5％以上的无水乙醇。传统的生产无水乙醇的方法主要有蒸馏法、萃取法等，存在环境污染大，能耗高，分离效果差等问题。渗透汽化作为一种环保的混合共沸物分离技术，与传统的分离技术如蒸馏、萃取和吸收相比，具有节能、操作简单、无二次污染、易与其他过程耦合等优点。渗透汽化技术近几年来发展迅速，有望实现溶剂脱水、脱盐、有机物分离的工业化应用。但是，目前渗透汽化膜的研究仍处于实验室阶段，在工业中的应用较少。开发出制备流程简单、稳定性高、成本低和分离性能高的PV膜成为研究的热门领域。

目前，制备渗透汽化膜的方法包括溶液浇铸法、涂覆法，这种方法制备的复合膜往往分离层较厚，从而限制了其渗透通量的进一步提高；中空纤维纺丝法虽通量较高，但对设备要求高，制备工艺复杂，难以工业化生产。界面聚合可以在不牺牲膜选择性的同时，具有较高的渗透通量，有望打破常规的渗透通量和分离选择性之间的trade-off效应，由于其可重复性和扩展性，在渗透汽化领域具有广阔的应用潜力。渗透汽化膜主要基于溶解扩散机制进行分离，即渗透剂从进料液中吸附到膜表面，渗透剂在膜内的扩散和脱附，渗透剂从膜向渗透侧的气相渗透。但常见的水相胺单体与油相单体反应生成聚酰胺后，膜表面的亲水性降低，不耐污染。同时聚酰胺厚度有限，存在的少量缺陷会在渗透汽化过程中逐渐扩展从而影响膜的性能，因此采用亲水材料涂覆在聚酰胺表面，一方面增加膜表面的亲水性，另一方面减少聚酰胺的缺陷。由于亲水材料增加了膜表面亲水性，有利于水分子在渗透汽化膜表面的吸附；膜内部聚酰胺的疏水性，帮助水分子在膜内部快速脱附与扩散，从而达到同时提高渗透性与选择性的目的。

发明内容

本发明的目的是对常见的聚酰胺表面进行亲水改性，通过低廉易得，绿色无污染的改性材料获得膜表面亲水，内部疏水的渗透汽化膜，从而促进水分子的快速传输以提高膜的分离选择性能。

本发明的技术方案概述如下：

亲水改性聚酰胺渗透汽化复合膜及其制备方法，包括使用不同胺单体与油相单体反应制备聚酰胺膜层后，随后涂覆一层亲水改性材料，减少膜缺陷的同时增加膜的亲水性，所述制备方法主要包括步骤(1) 处理基底膜，步骤(2)胺/水溶液结合在基底膜上，步骤(3)油相单体与胺单体反应后生成聚酰胺，步骤 (4)，将聚酰胺膜层进行热处理，步骤(5)在聚酰胺膜层上涂覆亲水材料而形成复合膜。

步骤(1)-(5)的具体过程如下：