填充硅骨架材料雜化膜的制備及滲透蒸發(fā)脫水性能.pdf

1、有機-無機雜化膜兼具有機膜和無機膜的優(yōu)點，在分離領域占有重要地位。本研究從無機填充劑的選擇入手，將硅骨架材料引入海藻酸鈉（SA）高分子基質(zhì)中制備雜化膜，調(diào)控雜化膜的微觀結構、界面形態(tài)、親疏水性和吸附水狀態(tài)。利用硅骨架材料在雜化膜中構建了有利于水分子傳遞的通道，優(yōu)化了溶解選擇和擴散選擇機制。以滲透蒸發(fā)乙醇脫水過程為研究對象，系統(tǒng)研究了雜化膜的分離性能。
　　為實現(xiàn)硅骨架材料作為無機相對雜化膜溶解選擇性的優(yōu)化，將親水性較強的凹凸棒土（

2、AT）納米棒引入SA高分子基質(zhì)中，制備SA-AT雜化膜。AT納米棒中具有篩分效應的孔道結構（截面積約為0.38nm×0.63nm）和在親水性表面形成的水化層為水分子提供了傳遞通道，促進了水分子在膜內(nèi)的溶解和擴散；同時，其特殊的結構提高了膜內(nèi)吸附水中非自由水的含量，促進水分子在膜內(nèi)的吸附，優(yōu)化了雜化膜的溶解選擇性。當AT納米棒的填充量為2 wt.％時，雜化膜的滲透通量為1356 g/(m2h)，分離因子為2030。
　　為實現(xiàn)硅骨架

3、材料作為無機相對雜化膜擴散選擇性的優(yōu)化，將表面疏水、管內(nèi)親水的埃洛石（HNT）納米管引入SA高分子基質(zhì)中，制備SA-HNT雜化膜。HNT親水性管狀通道（直徑~15nm）和特殊的親水性片層間隙（間距~0.7nm）為滲透物分子和水分子提供了快速有效的傳遞路徑；此外，HNT有效干擾了SA高分子鏈段的排布，降低了SA基質(zhì)的結晶度，提高了膜內(nèi)吸附水中自由水的含量，促進了水分子在膜內(nèi)的傳遞，優(yōu)化了雜化膜的擴散選擇性。當HNT納米管的填充量為4 wt

4、.%時，雜化膜的滲透通量為1722(g/m2h)，分離因子為1415。
　　為實現(xiàn)硅骨架材料對雜化膜溶解擴散過程的優(yōu)化，得到分離性能更高的滲透蒸發(fā)雜化膜，將新型硅骨架材料 PEG化的聚倍半硅氧烷（PEG@POSS，~3nm）引入SA高分子基質(zhì)內(nèi)，制得了具有超薄活性分離層（180nm）、高比例無機相(50 wt.%)的SA-PEG@POSS雜化膜。雜化顆粒中柔性的PEG鏈段增強了其與SA基質(zhì)的相容性，提高了無機相的比例；POSS獨特