專利名稱：一種用于聚電解質(zhì)復(fù)合物滲透汽化膜的組裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于聚電解質(zhì)復(fù)合物膜的組裝方法，具體地說(shuō)涉及一種用于聚電解質(zhì)復(fù)合物滲透汽化膜的組裝方法。
背景技術(shù)：
聚電解質(zhì)，又稱聚離子，是指在主鏈或側(cè)鏈中帶有許多可電離的離子性基團(tuán)的高分子。聚電解質(zhì)可分為聚陽(yáng)離子、聚陰離子以及具有正負(fù)兩種電荷的離解性基團(tuán)的高分子，即兩性高分子電解質(zhì)。聚電解質(zhì)和聚電解質(zhì)復(fù)合物是一類理想的制備滲透汽化膜的材料。聚電解質(zhì)復(fù)合物膜也不僅包括由兩種電荷相反的高分子聚離子形成，也可以由一種聚離子與帶相反電荷的離子型表面活性劑、聚磷酸鹽、聚硅酸鹽等形成。聚電解質(zhì)多層膜可以作為功能高分子或生物高分子材料用在生物傳感器、分離膜、表面修飾、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。聚電解質(zhì)復(fù)合物膜有的制備方法，大致可以分為以下四類界面反應(yīng)法、溶劑溶解法、原位復(fù)合物法和層-層吸附法。
自從1991年Decher等人首次提出利用由帶相反電荷聚電解質(zhì)之間的靜電作用在液-固界面交替沉積形成多層膜的技術(shù)以來(lái)，這種層層靜電吸附(Layer-by-Layer adsorption，簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)BL)自組裝被認(rèn)為是一種構(gòu)筑復(fù)合有機(jī)超薄膜結(jié)構(gòu)的有效方法，展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。該法制備條件溫和、方便快捷、納米級(jí)可控。層層靜電吸附法制備的聚電解質(zhì)滲透汽化膜一般都表現(xiàn)出較好的膜性能，但常常需要復(fù)合50～60層才能獲得較高的分離因子，制膜程序復(fù)雜，周期長(zhǎng)。因此，亟待開(kāi)發(fā)更為高效簡(jiǎn)捷的成膜技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于聚電解質(zhì)復(fù)合物滲透汽化膜的組裝方法，可簡(jiǎn)化層層靜電吸附的制膜程序，縮短制膜周期，節(jié)省制膜材料。
本發(fā)明提供了一種用于聚電解質(zhì)復(fù)合物滲透汽化膜的組裝方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將聚陽(yáng)離子和聚陰離子分別溶解在溶劑中，配成制膜液，靜置脫泡；(2)在0.01～1.0MPa壓力作用下，將聚陰離子或聚陽(yáng)離子溶液在基膜表面動(dòng)態(tài)過(guò)濾10～60分鐘，使聚陰離子或聚陽(yáng)離子在膜表面或孔內(nèi)被截留，形成薄膜層；(3)將膜浸泡在去離子水中，漂洗膜面并烘干；(4)在0.01～1.0MPa壓力作用下，將聚陽(yáng)離子或聚陰離子溶液在基膜表面動(dòng)態(tài)過(guò)濾10～60分鐘，使聚陰離子和聚陽(yáng)離子發(fā)生反應(yīng)，形成聚電解質(zhì)復(fù)合物膜；(5)將膜浸泡在去離子水中，漂洗膜面并烘干；(6)重復(fù)(2)～(5)步驟1-10次，最終形成聚電解質(zhì)復(fù)合物多層膜。
在本發(fā)明中，所述的溶劑可以是水、甲醇、乙醇、丙醇或丁醇在本發(fā)明的方法中，所述的基膜，是指溶液在壓力驅(qū)動(dòng)下，透過(guò)一種半透膜的分離現(xiàn)象，可以是納濾膜、超濾膜或微濾膜，所用的材料可以是有機(jī)膜、無(wú)機(jī)膜、或無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合膜，膜組件形式可以是為管式膜、中空纖維膜、平板膜或卷式膜。所述的基膜的膜孔徑為1納米到100微米之間。
本發(fā)明屬于層層靜電吸附法，即首先將基膜進(jìn)行荷電處理，浸入聚陽(yáng)(陰)離子大分子溶液中，然后在純水中洗滌，再浸入聚陰(陽(yáng))離子的溶液中，反復(fù)多次后形成超薄的分離層。
本發(fā)明技術(shù)方案的原理是在一定壓力作用下將聚陰離子溶液和聚陽(yáng)離子制膜料液交替地在基膜表面動(dòng)態(tài)過(guò)濾，聚電解質(zhì)和聚電解質(zhì)復(fù)合物(聚陰離子和聚陽(yáng)離子的反應(yīng)產(chǎn)物)被基膜表面截留，形成具有分離作用的“凝膠層”。由于此法是在動(dòng)態(tài)過(guò)濾過(guò)程中形成復(fù)合膜，所以膜的均勻性較單純的層層吸附方式要好，更有利于形成均勻的致密膜。而且由于此法在壓力動(dòng)態(tài)作用下制備分離層，形成的分離層更致密，在復(fù)合數(shù)層后即可獲得具有高分離因子的滲透汽化膜，從而大大縮短制膜時(shí)間，簡(jiǎn)化制膜程序。同時(shí)，由于復(fù)合分離層之間是依靠靜電作用結(jié)合，因而可克服單純采用動(dòng)態(tài)法制膜時(shí)，所得膜的分離層易剝離的缺陷。
具體實(shí)施例方式
下面給出具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說(shuō)明。
具體實(shí)施例一采用基膜為聚醚砜(PES)材料，平板式超濾膜，截留分子量20000，膜面積為79cm2，所用聚陽(yáng)離子材料為線型聚乙烯亞胺(PEI，分子量為6萬(wàn))，聚陰離子為聚丙烯酸(PAA，分子量為400萬(wàn))，聚乙烯亞胺和聚丙烯酸的溶劑均為水。
組裝條件及方法(1)用去離子水將聚丙烯酸配成0.05wt％的溶液，用去離子水將聚乙烯亞胺配成0.5wt％的溶液，靜置脫泡(2)在0.1MPa壓力下，在聚醚砜超濾膜上過(guò)濾0.05wt％PAA溶液10min，使膜表面形成凝膠層；(3)將膜浸泡在去離子水中，漂洗膜面并烘干；(4)在0.1MPa壓力下，過(guò)濾PEI溶液20min，使之與聚丙烯酸層復(fù)合；(5)將膜浸泡在去離子水中，漂洗膜面并烘干。
(6)重復(fù)步驟(2)-(5)4次，即可形成復(fù)合層數(shù)為4層的聚電解質(zhì)復(fù)合膜。
將上述組裝聚電解質(zhì)多層復(fù)合膜在滲透汽化膜池中進(jìn)行滲透汽化性能測(cè)試，測(cè)試條件為原液組成95wt％乙醇/水體系，實(shí)驗(yàn)溫度40℃，膜下游壓力100pa。
測(cè)得滲透汽化膜性能為滲透通量140g.m-2.h-1，透過(guò)液中乙醇含量1.55wt％，離因子1207。
具體實(shí)施例二采用基膜為聚丙烯腈(PAN)材料，平板式超濾膜，截留分子量20000，膜面積為79cm2，所用聚陽(yáng)離子材料為線型聚乙烯亞胺(PEI，分子量為6萬(wàn))，聚陰離子為聚丙烯酸(PAA，分子量為400萬(wàn))，聚乙烯亞胺和聚丙烯酸的溶劑均為水。
組裝條件及方法(1)用去離子水將聚丙烯酸配成0.05wt％的溶液，用去離子水將聚乙烯亞胺配成0.5wt％的溶液，靜置脫泡(2)在0.1MPa壓力下，在聚丙烯腈超濾膜上過(guò)濾0.5wt％PEI溶液30min，使膜表面形成凝膠層；(3)將膜浸泡在去離子水中，漂洗膜面并烘干；(4)在0.1MPa壓力下，過(guò)濾0.05wt％PAA溶液15min，使之與PEI層復(fù)合；(5)將膜浸泡在去離子水中，漂洗膜面并烘干。
(6)重復(fù)步驟(2)-(5)2次，重復(fù)步驟(2)-(3)1次，即可形成復(fù)合層數(shù)為2.5層的聚電解質(zhì)復(fù)合膜。
將上述組裝聚電解質(zhì)多層復(fù)合膜在滲透汽化膜池中進(jìn)行滲透汽化性能測(cè)試，測(cè)試條件為原液組成95wt％乙醇/水體系，實(shí)驗(yàn)溫度40℃，膜下游壓力100pa。
測(cè)得滲透汽化膜性能為滲透通量92g.m-2.h-1，透過(guò)液中乙醇含量6.19wt％，分離因子288。
具體實(shí)施例三采用基膜為聚丙烯腈(PAN)材料，平板式超濾膜，截留分子量20000，膜面積為79cm2，所用聚陽(yáng)離子材料為線型聚乙烯亞胺(PEI，分子量為6萬(wàn))，聚陰離子為聚丙烯酸(PAA，分子量為400萬(wàn))，聚乙烯亞胺的溶劑為無(wú)水乙醇，聚丙烯酸的溶劑為水。
組裝條件及方法(1)用去離子水將聚丙烯酸配成0.05wt％的溶液，用無(wú)水乙醇將聚乙烯亞胺配成0.5wt％的溶液，靜置脫泡(2)在0.15MPa壓力下，在聚丙烯腈超濾膜上過(guò)濾0.5wt％PEI溶液40min，使膜表面形成凝膠層；(3)將膜浸泡在去離子水中，漂洗膜面并烘干；
(4)在0.15MPa壓力下，過(guò)濾0.05wt％PAA溶液15min，使之與PEI層復(fù)合；(5)將膜浸泡在去離子水中，漂洗膜面并烘干。
(6)重復(fù)步驟(2)-(5)2次，重復(fù)步驟(2)-(3)1次，即可形成復(fù)合層數(shù)為2.5層的聚電解質(zhì)復(fù)合膜。
將上述組裝聚電解質(zhì)多層復(fù)合膜在滲透汽化膜池中進(jìn)行滲透汽化性能測(cè)試，測(cè)試條件為原液組成95wt％乙醇/水體系，實(shí)驗(yàn)溫度40℃，膜下游壓力100pa。
測(cè)得滲透汽化膜性能為滲透通量226g.m-2.h-1，透過(guò)液中乙醇含量4.49wt％，分離因子404。
權(quán)利要求
1.一種用于聚電解質(zhì)復(fù)合物滲透汽化膜的組裝方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將聚陽(yáng)離子和聚陰離子分別溶解在溶劑中，配成制膜液，靜置脫泡；(2)在0.01～1.0MPa壓力作用下，將聚陰離子或聚陽(yáng)離子溶液在基膜表面動(dòng)態(tài)過(guò)濾10～60分鐘，使聚陰離子或聚陽(yáng)離子在膜表面或孔內(nèi)被截留，形成薄膜層；(3)將膜浸泡在去離子水中，漂洗膜面并烘干；(4)在0.01～1.0MPa壓力作用下，將聚陽(yáng)離子或聚陰離子溶液在基膜表面動(dòng)態(tài)過(guò)濾10～60分鐘，使聚陰離子和聚陽(yáng)離子發(fā)生反應(yīng)，形成聚電解質(zhì)復(fù)合物膜；(5)將膜浸泡在去離子水中，漂洗膜面并烘干；(6)重復(fù)(2)～(5)步驟1-10次，最終形成聚電解質(zhì)復(fù)合物多層膜。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的溶劑為水、甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基膜為納濾膜、超濾膜或微濾膜。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基膜的膜材料為無(wú)機(jī)膜、有機(jī)膜或無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合膜。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基膜的組件形式為管式膜、中空纖維膜、平板膜或卷式膜。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基膜的膜孔徑為1納米到100微米之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于聚電解質(zhì)復(fù)合物膜的組裝方法。現(xiàn)有的層層靜電吸附法制備的膜需要復(fù)合50～60層才能獲得較高的分離因子，程序復(fù)雜，周期長(zhǎng)。本發(fā)明步驟將聚陽(yáng)離子和聚陰離子分別溶解在溶劑中，配成制膜液，靜置脫泡；0.01～1.0MPa將聚陰離子或聚陽(yáng)離子溶液在基膜表面動(dòng)態(tài)過(guò)濾10～60分鐘，使聚陰離子或聚陽(yáng)離子在膜表面或孔內(nèi)被截留，形成薄膜層；將膜浸泡在去離子水中，漂洗膜面并烘干；0.01～1.0MPa將聚陽(yáng)離子或聚陰離子溶液在基膜表面動(dòng)態(tài)過(guò)濾10～60分鐘，反應(yīng)形成聚電解質(zhì)復(fù)合物膜；將膜浸泡在去離子水中，漂洗膜面并烘干；重復(fù)上述步驟1－10次，最終形成聚電解質(zhì)復(fù)合物多層膜。本發(fā)明縮短制膜時(shí)間，簡(jiǎn)化程序，克服膜的分離層易剝離的缺陷。
文檔編號(hào)B01D69/12GK1895756SQ20061001217
公開(kāi)日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2006年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者紀(jì)樹(shù)蘭, 張國(guó)俊, 谷維梁, 閆海紅, 劉忠洲 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)