聚乙烯醇-硅有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化滲透蒸發(fā)脫水膜的研究.pdf

1、親水性高分子滲透蒸發(fā)膜在水溶液中易溶脹，化學(xué)改性可有效提高其在水溶液中的穩(wěn)定性和滲透選擇性，但常以犧牲滲透通量為代價(jià)。本文以降低水溶液中高分子膜的溶脹、提高對(duì)水的滲透性和滲透選擇性為出發(fā)點(diǎn)，以硅氧烷前驅(qū)體為無(wú)機(jī)組分，制備了系列聚乙烯醇(PVA)/硅有機(jī)無(wú)機(jī)-雜化膜，用于乙醇滲透蒸發(fā)脫水。用實(shí)驗(yàn)和分子模擬考察乙醇水溶液溶脹PVA膜的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)；采用分子模擬技術(shù)初選出合適的硅氧烷前驅(qū)體對(duì)PVA雜化改性，再用反相氣相色譜法(IGC)進(jìn)一步

2、預(yù)測(cè)和驗(yàn)證所選材料的分離性能；最后以γ-氨丙基三乙氧基硅氧烷(APTEOS)和1，2-雙(三乙氧基硅)乙烷(BTEE)為前驅(qū)體制備PVA/硅雜化膜，考察其物化結(jié)構(gòu)、形貌、溶脹和分離性能。 實(shí)驗(yàn)和分子模擬研究表明溶脹使PVA鏈伸展、移動(dòng)性增加，形成無(wú)選擇性擴(kuò)散通道，降低了PVA膜的選擇性。溶脹膜中水分子主要位于PVA鏈上羥基周?chē)挠H水區(qū)域，且大部分水分子形成水簇，而乙醇分子基本上都是單個(gè)分散在膜中。 CnH2n+1Si(

3、OH)3雜化有效降低PVA鏈的移動(dòng)性、增加PVA的無(wú)定形區(qū)；烷基增大，CnH2n+1Si(OH)3雜化改性PVA膜的無(wú)定形區(qū)增加，且只增加膜中小尺寸自由體積孔穴。基于PVA/CnH2n+1Si(OH)3雜化膜分子模擬結(jié)果，選擇了APTEOS和BTEE對(duì)PVA膜雜化改性，顯著降低了PVA鏈的移動(dòng)性，調(diào)整了PVA膜的微觀結(jié)構(gòu)。IGC研究表明APTEOS改性提高了PVA膜對(duì)水的滲透性、水/醇的吸附選擇性和擴(kuò)散選擇性。 制備了PVA/A

4、PTEOS、PVA/BTEE和PVA/PSS(由APTEOS合成的低分子量聚倍半硅氧烷)三種雜化膜，硅雜化都降低了水溶液中PVA膜的溶脹，低硅含量時(shí)提高了水的滲透性和滲透選擇性。然而，硅雜化降低了PVA膜的親水性，為提高親水性制備了季銨化聚乙烯醇(q-PVA)膜，為降低其溶脹度，制備戊二醛交聯(lián)q-PVA膜和APTEOS雜化q-PVA膜。季銨化顯著增強(qiáng)了PVA膜親水性，q-PVA及其改性膜對(duì)水的滲透性和滲透選擇性都高于PVA膜。