自組裝PVA基聚離子復(fù)合物滲透汽化膜材料的研究.pdf

1、聚乙烯醇(PVA)可用作滲透汽化膜材料,但因高溫耐熱性差應(yīng)用受到一定限制.本課題對(duì)PVA進(jìn)行化學(xué)改性,合成了一種聚陽(yáng)離子PVA和三種聚陰離子PVA,再將聚陰、陽(yáng)離子自組裝成聚離子復(fù)合物(PIC).對(duì)合成的各種聚離子PVA及其復(fù)合物膜材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征和性能測(cè)試. 聚離子PVA的合成及結(jié)構(gòu)與性能表征:在氫氧化鈉催化下,PVA分別與3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨、氯乙酸發(fā)生醚化反應(yīng),合成了季銨鹽陽(yáng)離子PVA(QACPVA)、羧甲基取

2、代陰離子PVA(CMAPVA);在硫酸的催化下,PVA分別與磷酸、硫酸發(fā)生酯化反應(yīng),合成了磷酸酯化陰離子PVA(POAPVA)、磺酸基取代陰離子PVA(SLAPVA);分別用紅外(IR)、掃描電鏡(SEM)、差示掃描量熱儀(DSC)、電導(dǎo)率儀和溶脹實(shí)驗(yàn)對(duì)四種聚離子PVA膜材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征和性能測(cè)試.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,聚離子PVA在IR上分別呈現(xiàn)了陰、陽(yáng)離子基團(tuán)的特征吸收,SEM照片較PVA表面形態(tài)也發(fā)生了明顯變化;DSC顯示聚離子PVA的

3、耐熱性較PVA顯著提高;聚離子PVA水溶液具有導(dǎo)電性,溶液的電導(dǎo)率與溶液的濃度成正比,符合關(guān)系式K=α·C;聚離子PVA膜在乙醇溶液中的溶脹度隨水的增加而增大,對(duì)水具有較強(qiáng)的吸附選擇性. PIC的制備及性能表征:將聚陽(yáng)離子QACPVA分別與聚陰離子CMAPVA、SLAPVA及POAPVA自組裝,制備了三種PIC膜.考察了自組裝溶液pH值對(duì)PIC膜溶脹性能的影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)溶液中pH值為7(即陰陽(yáng)離子摩爾比為1:1)時(shí),形成

4、的PIC膜溶脹度最小,耐水性最佳;利用一維紅外(1D-IR)和二維紅外(2D-IR)相關(guān)分析對(duì)不同濃度乙醇中水在PIC膜中的吸附、擴(kuò)散行為進(jìn)行了研究.在1D-IR中,隨乙醇溶液中水的增加,膜在1650cm<'-1>和3300cm<'-1>處的吸收峰強(qiáng)度迅速增大,說(shuō)明PIC膜對(duì)水具有較強(qiáng)的吸附選擇性;在2D-IR上,1200-2000cm<'-1>處的紅外相關(guān)分析表明,乙醇中的水主要靠PIC膜中交聯(lián)的聚離子基團(tuán)和羥基被吸附,3000-38

5、00cm<'-1>處的紅外相關(guān)分析表明,水在膜中擴(kuò)散的過(guò)程為:水首先被膜吸附,降低了膜內(nèi)羥基自身締合的程度,然后水與膜內(nèi)羥基形成新的氫鍵,直至達(dá)溶脹平衡.采用紅外分析還了解了溫度對(duì)PIC膜中水的解吸行為,將PIC膜在70﹪乙醇溶液中達(dá)溶脹平衡后測(cè)定其紅外光譜.紅外分析表明,隨溫度升高膜中的水迅速釋放,水的吸收峰高移,峰強(qiáng)度逐漸變小至消失.說(shuō)明PIC膜中的水容易被汽化而解吸.同時(shí),還測(cè)定了PIC膜的吸水速率,與純PVA膜相比有了很大提高,

6、進(jìn)一步證明了合成的PIC膜是較強(qiáng)的親水膜. PIC復(fù)合膜的滲透汽化性能測(cè)試:將所制QACPVA/CMAPVA、QACPVA/SLAPVA及QACPVA/POAPVA三種PIC分別與聚丙烯腈(PAN)制備PIC復(fù)合膜,用于95﹪乙醇/水和95﹪異丙醇/水混合體系脫水,三種PIC復(fù)合膜的分離因子α均大于1000,滲透通量J均大于300g/(m2·h),較其它共混膜、交聯(lián)膜、純PVA及聚離子PVA膜都有了顯著提高. 本研究制備