專利名稱：無機粒子復合的聚氨酯滲透汽化苯酚/水分離膜的制備方法
技術領域：
:本發(fā)明涉及一種可用于滲透汽化法分離苯酚/水的無機粒子復合的聚氨酯膜的制備方法，屬于滲透汽化膜分離技術領域。
背景技術：
:滲透汽化(Pervaporation, PV)是在液體混合物組分的蒸汽壓差推動下，利用組分通過膜的溶解與擴散速率的不同來實現(xiàn)組分分離的過程。它是一種非常有前景的膜分離技術，而且越來越被公認為能替代傳統(tǒng)分離方法如蒸餾和液液萃取的節(jié)能高效技術，可應用于有機溶劑脫水、水中除去有機物(如芳香族化合物)、極性/非極性分離(如醇/脂肪族化合物)、飽和/不飽和分離(如環(huán)己烷/苯)、異構體分離(如二甲苯異構體)等方面，被學術界認為是21世紀化工領域最有前途的高新技術之一。相對于傳統(tǒng)方法，滲透汽化膜分離技術具有投資少、操作費用低、分離效率高、易于規(guī)?；⒖蓴U充性好、便于控制、易更換等顯著優(yōu)點，已經(jīng)在水中有機物回收領域顯示出了良好的經(jīng)濟優(yōu)勢。由于涉及到了滲透物與膜、滲透物組分之間的復雜相互作用，以溶解-擴散模型來描述滲透汽化傳質(zhì)過程最為普遍。按照此種模型，其分離過程可分為以下三步:(I)分離物質(zhì)在膜表面上選擇性地被吸附、溶解，因為膜對不同組分的親和力不同，而且不同組分在膜中的溶解度也不同。通常所選的膜對料液中含量較少組分有較好的親和力，因此該組分在膜中得到富集，其濃度會大大高于溶液中濃度。大量實驗證明，溶劑在膜中的溶解度是決定膜選擇性的決定性因素。料液組分在膜中的溶解度差別越大，膜分離效果越好。此步驟與分離組分和膜材料的熱力學性質(zhì)有關，屬于熱力學過程。(2)溶解在膜上游側(cè)表面的組分在分壓差(化學位梯度)的作用下，以分子擴散的形式由上游側(cè)向下游側(cè)擴散。由于組分在膜中的擴散速度與其在膜中的溶解度有關，溶解度較大的組分通常具有較大的擴散速度，而后得到進一步富集，膜的選擇性進一步得到提高。該步驟為滲透汽化速率的控制步驟，涉及到速率，屬動力學過程。(3)在下游側(cè)，滲透組分變成氣相后脫附而與膜分離。由于在一般操作中，氣相側(cè)的壓力總是能夠達到低于液相側(cè)組分的飽和蒸汽壓，因此只要真空度足夠高，脫附過程不會構成整個滲透汽化過程的傳質(zhì)阻力，對混合物分離的選擇性不會產(chǎn)生影響。評價滲透汽化膜的性能主要有兩個指標，即膜的滲透通量和選擇性。I)滲透通量，其定義式為:式中，M為滲透過膜的滲透液質(zhì)量；A為膜面積，m2 ；t為操作時間，h J為滲透通量,kg/(m2 *h)或g/(m2 *h)。如為均質(zhì)膜,貝U在此基礎上再乘以膜的厚度(一般以為單位)，則 J 的單位為 kg ii m/ (m2 h)或 g u m/ (m2 h)2)分離因子a，其定義式為:
權利要求
1.機粒子復合的聚氨酯滲透汽化苯酚/水分離膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)無機粒子復合的聚氨酯的合成 在裝有氮氣保護、機械攪拌和冷凝回流管的三口瓶中加入端羥基聚丁二烯和N，N-二甲基乙酰胺，30°C -60°C水浴加熱的條件下攪拌形成均勻溶液后，滴加入甲苯二異氰酸酯和催化劑二月桂酸二丁基錫，其中甲苯二異氰酸酯單體的摩爾數(shù)為端羥基聚丁二烯的2倍，反應0.5-1小時得到甲苯二異氰酸酯封端的預聚物溶液；然后加入用N，N- 二甲基乙酰胺配置的4，4’ - 二胺基二苯甲烷溶液和環(huán)糊精溶液，以及二氧化硅或碳纖維粉溶液，固含量保持在20-25%之間，將溫度升高到60°C進行擴鏈反應0.5-1小時，最終得到均勻粘稠的有機-無機復合的聚氨酯溶液；SiO2是與擴鏈劑同時加入進行交聯(lián)和填充，碳纖維粉是分兩種情況:與擴鏈劑同時加入或擴鏈結(jié)束前5分鐘加入進行填充; 2)無機粒子復合的聚氨酯膜的制備 將I)中得到的聚氨酯溶液進行真空脫泡后在聚四氟乙烯板上流延成膜，并在室溫下固化1-1.5小時，再將其移至80°C烘箱中熱處理10-15小時，最終得到透明的無機粒子復合的聚氨酯膜。
2.據(jù)權利要求1的制備方法，其特征在于:所述步驟I)無機粒子復合的聚氨酯的合成中，4，4’-二胺基二苯甲烷的摩爾數(shù)為端羥基聚丁二烯摩爾數(shù)的0.5倍，環(huán)糊精的摩爾數(shù)為端羥基聚丁二烯摩爾數(shù)的0.14倍，二月桂酸二丁基錫的質(zhì)量用量為端羥基聚丁二烯質(zhì)量的0.2%。
3.據(jù)權利要求1的制備方法，其特征在于:所述步驟I)無機粒子復合的聚氨酯的合成中，所采用的二氧化硅或者碳纖維的質(zhì)量是總固含量的5%，總固體量是端羥基聚丁二烯、甲苯二異氰酸酯、4，4’ - 二胺基二苯甲烷和環(huán)糊精的質(zhì)量之和。
全文摘要
無機粒子復合的聚氨酯滲透汽化苯酚/水分離膜的制備方法屬于滲透汽化膜分離領域。聚氨酯膜基本材料由單體端羥基聚丁二烯、甲苯二異氰酸酯、4，4’-二胺基二苯甲烷溶液、環(huán)糊精和二氧化硅或者碳纖維粉聚合和混合得到。制備方法為將端羥基聚丁二烯與甲苯二異氰酸酯反應得到封端預聚物，再加入4，4’-二胺基二苯甲烷和環(huán)糊精作為擴鏈劑進行擴鏈，并且加入無機改性粒子二氧化硅或者碳纖維粉(以上過程均以N，N-二甲基乙酰胺作為溶劑)，可得到聚氨酯的預聚物溶液。將該溶液在聚四氟乙烯板上流延成膜，并在室溫下固化1-1.5小時，再將其移至80℃烘箱中熱處理即可得到無機粒子復合的聚氨酯膜。本發(fā)明過程簡單，制的膜具有良好的熱、化學穩(wěn)定性和機械性能。
文檔編號B01D61/36GK103084077SQ20131003124
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月27日 優(yōu)先權日2013年1月27日
發(fā)明者葉宏, 陳曉培, 王玉, 王靜 申請人:北京工商大學