濃乳液聚合法滲透蒸發(fā)分離膜制備及其脫醇性能研究.pdf

1、以聚二甲基硅氧烷(PDMS)為基體，首次采用濃乳液聚合方法制備了優(yōu)先脫醇滲透蒸發(fā)分離膜。所制備的分離膜由相互擠壓、緊密堆砌的乳膠粒子組裝而成，乳膠粒子間的界面間隙構(gòu)成醇水混合物的額外擴(kuò)散通道。 首先制備了環(huán)硅氧烷(D4)的濃乳液，研究了聚合反應(yīng)條件對(duì)濃乳液液滴中D4單體開環(huán)聚合的影響，確定了最佳反應(yīng)條件，并對(duì)乳膠粒子形態(tài)進(jìn)行了考察。結(jié)果表明，所制備的聚二甲基硅氧烷(PDMS)乳膠粒子的直徑在0.1～0.2μm之間。 為了

2、實(shí)現(xiàn)對(duì)濃乳液乳膠粒子的形態(tài)進(jìn)行調(diào)控，在濃乳液體系中同時(shí)引入了乙烯基環(huán)硅氧烷和苯乙烯類單體，通過二者的自由基共聚使有機(jī)硅濃乳液乳膠粒子進(jìn)行內(nèi)部交聯(lián)，提高了乳膠粒子結(jié)構(gòu)形態(tài)的穩(wěn)定性。透射電子顯微鏡照片表明，隨著苯乙烯類單體含量的增加，乳膠粒子形態(tài)結(jié)構(gòu)的邊緣逐漸清晰，并能夠保持濃乳液中乳膠粒子密集堆砌形成的多面體結(jié)構(gòu)。 通過乳膠粒子界面間羥基與正硅酸乙酯間的縮合反應(yīng)制備了粒子緊密堆積的分離膜。掃描電子顯微鏡照片證實(shí)所制備分離膜材料中緊

3、密堆砌的濃乳液乳膠粒子形態(tài)與未交聯(lián)時(shí)的形態(tài)相一致。隨著苯乙烯類共聚接枝單體添加量的增加，分離膜中乳膠粒子堆砌結(jié)構(gòu)的界面邊緣也越清晰，乳膠粒子間的通道尺寸明顯增大。同時(shí)，分離膜材料的DSC和動(dòng)態(tài)粘彈譜圖也證實(shí)了隨著苯乙烯類共聚單體加入量的增加，所得到的分離膜材料增強(qiáng)效果更加明顯。 通過研究濃乳液乳膠粒子緊密堆積而成的分離膜的結(jié)構(gòu)形態(tài)，提出了所制備分離膜滲透蒸發(fā)優(yōu)先脫醇的分離機(jī)理：選擇性并不是單純由吸附選擇性(極性)決定，擴(kuò)散路徑的

4、尺寸效應(yīng)同樣重要。 醇/水滲透蒸發(fā)分離實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)先脫醇分離效果與乳膠粒子表面的交聯(lián)程度、乳膠粒子之間界面通道結(jié)構(gòu)中的極性選擇作用、引入苯乙烯鏈段后乳膠粒子表面的親油性以及乳膠粒子表面與乙醇分子的相互作用有關(guān)，通道尺寸的放大不僅有利于通量的提高，而且在得到的較寬分離膜組成范圍內(nèi)，分離選擇性也得到提高。伴隨著料液中乙醇濃度的增加，分離膜的分離通量隨之增加，選擇性出現(xiàn)了峰值，在乙醇濃度為33.41％時(shí)，對(duì)乙醇的分離因子α可達(dá)到1

5、1.3。 通過研究分離時(shí)間對(duì)濃乳液聚合法得到的分離膜滲透通量和選擇性的影響發(fā)現(xiàn)，體積效應(yīng)的影響只在膜分離初期比較明顯，在平衡之后體積選擇效應(yīng)開始弱化，可以做到主要依照極性效應(yīng)的原則對(duì)醇水混合物進(jìn)行分離，優(yōu)先脫除乙醇，驗(yàn)證了所提出的脫醇分離機(jī)理。 為了進(jìn)一步驗(yàn)證分離原理，制備了碳黑填充改性膜，通過調(diào)整分離通道的尺寸大小和極性狀態(tài)分布，得到了不同分離膜的醇水分離結(jié)果：與未填充改性的分離膜相比，滲透通量由110g·m-2·h-