有机-无机复合多孔膜制备与应用

日益严重的水污染问题引起了越来越多的科学家对水处理技术,特别是新型的分离膜材料及其分离技术的关注。有机-无机复合分离膜因同时具备有机聚合物与无机物的特点而逐渐成为研究的热点之一。本文综述了近年来有机-无机复合多孔膜研究领域的主要进展。在材料制备方面,着重介绍了基于本体掺杂过程(膜相镶嵌模型)与基于界面复合过程(界面复合模型)制备的有机-无机复合膜,其制备方法包括共混法、原位生成法、表面化学修饰、原子层沉积和仿生矿化法等。在实际应用方面,本文介绍了有机-无机复合膜在抗污染、抗菌、油水分离、催化、吸附、电池隔膜及酶固定化领域的应用。随着膜科学的进一步发展,具有多功能与高性能的分离膜将成为研究的主要方向,而具有更高表面无机覆盖率的“界面复合模型”将成为较优的复合膜构建策略。     

聚(N-异丙基丙烯酰胺)/聚丙烯酰胺无机/有机互穿网络水凝胶的制备及表征

通过紫外引发聚合方法制备了无机交联的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)/有机交联的聚丙烯酰胺(PAAm)互穿网络(IPN)水凝胶.利用FTIR和SEM分别表征了凝胶的化学结构和内部形态;测定了凝胶在高温(50℃)时的退溶胀性能;利用DMA和DSC分别研究了凝胶的储能模量随温度的变化及热相转变行为.研究表明,该IPN凝胶具有温度敏感性;与未互穿的无机交联PNIPAAm凝胶相比,IPN凝胶具有多孔的网络结构和超快的响应速率,如10min内失去90%的水;其储能模量增加了3～4倍,相转变行为变弱,而最低临界溶解温度(LCST)提高了1.4℃.     

有机-无机复合质子交换膜的制备与界面特性

有机-无机复合质子交换膜的开发是燃料电池用质子交换膜的一个重要研究方向,本文综述了有机-无机复合质子交换膜的制备方法,分析了两相之间的界面特性,并对这种复合膜的研究前景进行了展望.     

一种新型的亲水性聚丙烯酸-陶瓷复合膜

通过化学气相沉积和丙烯酸(AA)在大孔陶瓷膜表面的接枝共聚制备了一种新型的亲水性PAA-陶瓷复合膜. 用FT-IR、SEM、EDS、表面接触角等方法对复合膜接枝层的化学组成、表面形态、元素分布和亲水性进行了表征. 通过系统研究气相沉积和接枝反应的主要条件对膜的渗透汽化性能的影响, 发现当TEOS用量为5 mL, 汽化温度为175 ℃时进行气相沉积, 然后在丙烯酸浓度为7.5%的溶液中进行接枝聚合, 制得的复合膜对醇水混合物显示了优良的分离性能.     

有机-无机杂化分离膜研究进展

有机-无机杂化膜材料结合了有机膜材料和无机膜材料的优良性能,已成为分离膜材料研究的一个热点。本文以有机、无机组分间相互作用类型对其进行分类,着重介绍组分间以化学键相结合的有机-无机杂化膜的优良特性,总结了影响此类杂化膜结构和性能的主要因素,概括了它在膜分离中的应用,提出了目前研究工作中存在的不足,并做出了简要的述评。     

溶胶-凝胶法制备硅系有机-无机杂化分离膜

以α-Al₂O₃多孔陶瓷片为载体,用溶胶-凝胶法制备有机-无机杂化分离膜.通过考察前驱物的组成及杂化溶胶的合成条件对制膜工艺过程的影响,得到了制备有机-无机杂化分离膜的各种适宜性参数.红外光谱(FTIR)分析结果表明,杂化溶胶的性能不仅决定分离膜的性能,而且对膜热处理过程中的龟裂有很大影响.膜层的厚度为1～2μm;在膜两侧压差为0.10MPa、n(PTMOS)/n(TEOS)=1.16时,膜对O₂/N₂,CO₂/N₂和CO₂/O₂的分离因子分别为2.30,4.31和1.17,渗透系数为75.81×10^-17,75.28×10^-17和72.78×10^-17m₃(STP)·m/(m₂·s·Pa).     

聚丙烯酰胺/蒙脱土纳米复合物-聚乙烯醇共混膜的制备及其渗透汽化性能

用原位聚合法制备聚丙烯酰胺/蒙脱土(PAM/MMT)纳米复合材料, 通过透射电镜研究了蒙脱土在聚丙烯酰胺基体中的形貌和分布. 结果表明, 蒙脱土以片层结构分布在聚合物基体中. 用超声波分散聚乙烯醇和聚丙烯酰胺-蒙脱土共混铸膜液制得共混膜, 用红外吸收光谱和扫描电镜研究了两者的相互作用和形貌. 考察了共混膜在异丙醇-水混合溶液中的溶胀吸附性能及共混比和蒙脱土含量对膜分离性能的影响, 结果显示, 聚乙烯醇膜中添加适量的蒙脱土纳米粒子可以大大改善膜的分离选择性.     

PAM-Fe(OH)3有机-无机杂化型高分子絮凝剂的合成及表征

在水溶液中以过硫酸铵((NH4)2S2O8)和亚硫酸氢钠(NaHSO3)为引发体系,利用原位聚合法合成了聚丙烯酰胺(PAM)-氢氧化铁(Fe(OH)3)有机-无机杂化型高分子絮凝剂.通过正交实验得到合成杂化絮凝剂的最佳条件为:反应温度40℃,引发剂质量分数0.5%,丙烯酰胺质量分数30%,反应时间7 h.FT-IR、T...     

坡缕石/聚丙烯酰胺无机-有机杂化絮凝剂的合成、表征与应用

将酸活化坡缕石(PGS)与氯化乙醇胺(EACl)所得氯化乙醇胺改性坡缕石(PGS-EACl)与高价铈盐(Ce⁴⁺)组成氧化还原非均相引发体系,引发丙烯酰胺单体聚合得到了坡缕石/聚丙烯酰胺(PGS/PAM)无机-有机杂化物.用¹HNMR、FTIR、粘度法和电导法对杂化物进行了结构表征,表明杂化物中存在PGS^Θ⊕NH₃R离子键合作用.考察了PGS-EACl用量、聚合反应时间和单体浓度对杂化物特性粘数的影响.由PGS/PAM杂化絮凝剂分别处理高岭土和氧化铁红两种配制废水,发现杂化絮凝剂的絮凝效果明显优于纯PAM絮凝剂.     

壳聚糖／褐藻酸钠聚离子复合膜的渗透汽化分离性能研究

以红外光谱和扫描电镜表征壳聚糖／褐藻酸钠聚离子复合膜的结构与表面形态。研究了该膜组成、料液浓度、温度等对乙醇－水溶液的渗透汽化分离性能的影响。实验结果表明，壳聚糖／褐藻酸钠聚离子复合膜不仅对乙醇－水溶液，而且对许多水溶性有机溶剂与水的溶液都具有很高的渗透汽化脱水的选择分离性能。     

渗透汽化法分离二氧六环－水混合物

研究了二氧六环一水混合物在ＰＶＡ（聚乙烯酸）－ＰＡＮ（聚丙烯腈）复合膜中的渗透汽化分离性能。结果表明透过速率Ｑ和分离系数α均随料液温度的提高而增大。α随料液中二氧六环浓度的提高而增大，Ｑ的变化趋势相反．有代表性的数据是在９０℃对９５％的二氧六环水溶液，α可达１９８１，Ｑ＝７３．８ｇ／ｍ２·ｈ．在低浓度二氧六环溶液时扩散过程对选择性起主要作用。而高浓度时溶解选择性是主要的，随着分离温度的提高，扩散或溶解均提高了选择性。     

藻朊酸钠对有机液／水混合物的渗透汽化分离Ⅰ．膜的渗透汽化特性

研究了藻朊酸钠均质膜对有机液／水混合体系的渗透汽化特性。结果表明，藻朊酸钠对甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、四氢呋喃及二氧六环等有机溶剂同水的混合液均表现为水优先透过，其渗透通量及选择分离系数都非常高。对８０ｗｔ％的四氢呋喃水溶液，５５℃下，通量Ｑ达到２４８９ｇ／ｍ２·ｈ，水对四氢呋喃的分离系数趋于无穷大；对８０ｗｔ％的二氧六环水溶液，Ｑ为２８６２ｇ／ｍ２·ｈ，分离系数为３９９９６（６０℃）。通量与温度间呈Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ关系。比较了两种藻朊酸钠样品对有机液／水混合体系的渗透汽化特性，讨论了化学组成、结构的不同，对膜性能的影响。     

渗透汽化分离苯—乙醇混合物

以甲基硅橡胶及甲基丙烯酸十二酯－甲基丙烯酸异丁酯的共聚物共为膜材料，以聚丙烯睛多孔膜为底膜制成复合膜，对苯－乙醇混合物进行渗透汽化分离。考察了膜材料的组成、分离温度、原料液组分等因素对膜性能的影响。     

壳聚糖复合膜及异丙醇／水混合液的渗透汽化分离

用磺化聚乙烯离子膜渗透汽化分离恒沸组成的i-PrOH/H_2O(87.2/12.8W/W),分离系数α高,渗透通量J低(小于300g/m~2·h,40℃),当醇含量高于90％时,膜性能变差;用CA膜、赛璐玢膜[2]、Nation-Na~+膜,J较高,α低(<30)。甲壳素脱乙酰基产物壳聚糖(Chitosan,简称CS),易交联改性,成膜性好。CS膜分离i-PrOH/H_2O,α很高,而J低。经戊二醛交联的CS膜尺寸稳定,增加了醇/水的J值,α虽有所下降,对i-PrOH/H_2O体系仍具有很高的值。为了进一步提高J值,我们研制了以聚丙烯腈(PAN)微孔膜作支撑的CS复合膜,     

壳聚糖膜的有机物－水溶液渗透汽化分离性能

使用均质和复合壳聚糖膜对二氧六环-水和丙酮-水溶液的渗透汽化分离性能进行了研究。结果显示,该膜对两种混合物的分离有很高的选择性和渗透速率。考察料液组成和温度对均质膜分离的影响,随温度升高,分离系数与通量同时增加。从渗透速率与温度的Arrhenius关系求得总的和各组分的表现渗透活化能,复合膜在保持高选择性的同时,渗透速率大幅度提高。     

聚乙烯醇／壳聚糖共混膜优先透醇性能的研究

聚乙烯醇／壳聚糖共混膜优先透醇性能的研究王新平，沈之荃，张富尧，林荣轩（浙江大学高分子系，化学系，杭州，３１００２７）关键词渗透蒸发，聚乙烯醇／壳聚糖共混物膜，乙醇水溶液本文首次报道利用亲水性的聚乙烯醇和壳聚糖制得具有很高的乙醇优先透过选择性的透醇型...     

壳聚糖膜的处理方法与其渗透汽化性能间的关系

对壳聚糖均质膜折脱酸处理、干燥方法与所得膜的渗透汽化性能间的关系进行了研究。结果表明，处理方法的不同直接影响到膜的透过、分离性能。用含３ｗｔ．％ＮａＯＨ的醇水溶液（乙醇／水＝５０／５０（ｗｔ．／ｗｔ．））进行脱酸处理的膜，其α水／乙醇值，在料液温度为５５－７５℃的范围内几乎不变。     

Pervaporation Separation and Catalysis Activity of Novel Zirconium Silicalite-1 Zeolite Membrane

Novel zirconium silicalite‐1 zeolite membrane was hydrothermally prepared on the mullite porous support at 150–185°C for 40–72 h by an "in situ" method using tetraethyl orthosilicate (TEOS), zirconium butoxide (ZBOT) and tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH) as silica source, zirconium source and organic structure directing agent, respectively. X‐ray diffraction (XRD) patterns, fourier transformed infrared (FT‐IR) spectra, and inductively coupled plasma‐atomic emission spectrometry (ICP) of the accompanying zeolite powder confirmed that the zirconium was isomorphously incorporated into the zeolite framework. The surface chemical compositions of the obtained membrane were measured with an energy‐dispersive X‐ray spectral analyzer (EDS), and the membrane morphologies were observed by a scanning electron microscope (SEM). The results showed that the zeolite crystals growing on the support were zirconium silicalite‐1 zeolites, and the dense membrane layer was composed of the well inter‐growing zeolite crystals. The zirconium silicalite‐1 zeolite membrane, which was derived from the synthesis solution having a molar ratio of 1.00SiO₂:0.01ZrO₂:0.17TPAOH:120H₂O, showed high ethanol permselectivity with a flux of 1.01 kg/(m²·h) accompanied with a separation factor of 73 for ethanol/water (5/95, w/w) system under a pervaporation condition at 60°C. Moreover, this membrane displayed pervaporation‐aided catalysis activity for iso‐propanol oxidation with hydrogen peroxide as oxidant, and the corresponding iso‐propanol conversion was 35%.     

Chemical-Modified Nylon 4 Membrane for Pervaporation

Abstract

A hydrophilic polymer membrane was synthesized with 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) onto a Nylon 4 polymer backbone, PHEMA-g-N4. The membranes were water permselective because of the hydrophilicity, and the water permselectivity increased with increasing the degree of grafting. Permseparation of water was investigated with respect to the feed aqueous alcohol concentration, feed temperature, size of the alcohols, and degree of grafting. The separation factors of this PHEMA-g-N4 membrane were higher than those of the unmodified Nylon 4 membrane for pervaporation of aqueous ethanol solution, while the permeation rate was slightly lower. A separation factor of 98 and a 194 g/m²·h permeation rate could be obtained. Compared with an unmodified Nylon 4 membrane, the PHEMA-g-N4 membrane effectively increased the pervaporation separation index for the water-ethanol mixtures on pervaporation separation.