本發(fā)明涉及一種滲透汽化膜的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著人類(lèi)文明的不斷發(fā)展，不可再生化石燃料如天然氣、煤、石油等慢慢枯竭，人類(lèi)一直在不斷尋找新的能源和代替能源來(lái)解決能源危機(jī)。世界石油價(jià)格不斷上漲，環(huán)境污染問(wèn)題愈演愈烈，全球變暖問(wèn)題日益加劇，開(kāi)發(fā)新的清潔能源已經(jīng)迫在眉睫。以可再生的生物質(zhì)為原料，用發(fā)酵法制備高純度的乙醇可以降低能源危機(jī)的影響、減少大氣污染及減小溫室效應(yīng)而受到廣泛關(guān)注。發(fā)酵法制備乙醇主要存在兩個(gè)問(wèn)題：一、料液中乙醇的分離；二、當(dāng)發(fā)酵液中乙醇濃度超過(guò)8％時(shí)，會(huì)對(duì)酵母菌生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制，甚至殺死酵母菌。目前所采用的分離乙醇的方法主要有溶劑萃取發(fā)、二氧化碳?xì)馓帷⒑驼麴s法等，這些分離方法存在大量能耗和污染。相比以上的分離方法，滲透蒸發(fā)膜分離方法能耗低，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；同時(shí)在分離過(guò)程中，不會(huì)殺死發(fā)酵液中的酵母菌；隨著分離過(guò)程的不斷進(jìn)行，乙醇不斷地被分離出來(lái)，使料液中乙醇濃度不會(huì)超過(guò)8％，使發(fā)酵過(guò)程可以連續(xù)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有滲透蒸發(fā)膜分離方法能耗高，分離效率低和對(duì)環(huán)境造成污染的問(wèn)題，而提供一種二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的制備方法。

一種二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的制備方法，具體是按以下步驟完成的：

一、制備生物炭：將樹(shù)皮磨成粉末，再在溫度為100℃～105℃下烘干12h～30h，再在氮?dú)鈿夥蘸蜏囟葹?00℃～600℃下高溫處理1h～1.5h，得到生物炭；

二、將步驟一中得到的生物炭進(jìn)行研磨，再在溫度為100℃～140℃下干燥12h～30h，得到粒徑為50nm～60nm的生物炭粉末；

三、使用濾紙對(duì)粒徑為50nm～60nm的生物炭粉末進(jìn)行包裹，再放置于索氏抽提器中，再采用甲苯為溶劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下抽提20h～30h，得到抽提后的生物炭粉；將抽提后的生物炭粉在常溫下進(jìn)行干燥，得到干燥的生物炭粉；

四、將步驟三中得到的干燥的生物炭粉和十六烷基三甲基溴化銨加入到去離子水中，再在攪拌速度為180r/min～200r/min下磁力攪拌25min～30min，得到生物炭溶液；

步驟四中所述的干燥的生物炭粉的質(zhì)量與去離子水的體積比為(0.5g～2g):400mL；

步驟四中所述的十六烷基三甲基溴化銨的質(zhì)量與去離子水的體積比為(0.5g～2g):400mL；

五、將生物炭溶液、濃度為0.01mol/L的氫氧化鈉溶液和有機(jī)溶劑混合，得到混合液Ⅰ；再使用超聲波震蕩器對(duì)混合溶液Ⅰ超聲震蕩處理10min～20min，再靜置5h～10h，得到反應(yīng)產(chǎn)物；首先使用蒸餾水對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物離心清洗3次～5次，再使用無(wú)水乙醇對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物離心清洗3次～5次，再在溫度為100℃～105℃下干燥18h～24h，得到二氧化硅包覆的生物炭；

步驟五中所述的生物炭溶液與濃度為0.01mol/L的氫氧化鈉溶液的體積比為1:(4～5)；

步驟五中所述的生物炭溶液與有機(jī)溶劑的體積比為1:(0.2～0.5)；

六、將二氧化硅包覆的生物炭、乙烯基三乙氧基硅烷和正己烷混合，得到混合液Ⅱ；使用超聲波震蕩器對(duì)混合液Ⅱ超聲震蕩處理20min～40min，再在攪拌速度為180r/min～200r/min下磁力攪拌40min～60min，得到均勻的混合液Ⅱ；

步驟六中所述的二氧化硅包覆的生物炭的質(zhì)量與正己烷的體積比為(0.01g～0.05g):70mL；

步驟六中所述的二氧化硅包覆的生物炭與乙烯基三乙氧基硅烷的質(zhì)量比為1:1；

七、將聚二甲基硅氧烷和正己烷混合，再在攪拌速度為180r/min～200r/min下磁力攪拌0.5h～2.5h，得到混合液Ⅲ；

步驟七中所述的聚二甲基硅氧烷的質(zhì)量與正己烷的體積比為(0.8g～1g):70mL；

八、將均勻的混合液Ⅱ和混合液Ⅲ混合，再在攪拌速度為180r/min～200r/min下磁力攪拌60min～120min，再加入正硅酸乙酯，再在攪拌速度為180r/min～200r/min下磁力攪拌30min～60min，再加入二月硅酸二丁基錫，再在攪拌速度為180r/min～200r/min下磁力攪拌8min～16min，得到混合溶液Ⅳ；

步驟八中所述的正硅酸乙酯與混合液Ⅲ的體積比為1:(1000～1500)；

步驟八中所述的二月硅酸二丁基錫與混合液Ⅲ的體積比為1:(5000～10000)；

九、將醋酸纖維素微濾膜浸泡在去離子水中1h～3h，取出后擦拭掉醋酸纖維素微濾膜表面的去離子水，再在溫度為20℃～25℃和濕度為50％～60％的條件下將混合溶液Ⅳ澆鑄在去除表面去離子水的醋酸纖維素微濾膜上，澆注過(guò)程中使用刮膜機(jī)在去除表面去離子水的醋酸纖維素微濾膜上進(jìn)行刮膜，然后再將澆注有混合溶液Ⅳ的醋酸纖維素微濾膜放在通風(fēng)廚中放置6h～8h，再在溫度為60℃的烘箱中干燥6h～8h，得到二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜；

步驟九中所述的混合溶液Ⅳ與醋酸纖維素微納濾膜的質(zhì)量比為(102～105):10。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

一、本發(fā)明采用醋酸纖維素支撐層，利用聚二甲基硅氧中硅氧烷的鏈段柔順性以及超疏水性作為復(fù)合膜的基質(zhì)，將乙烯基三乙氧基硅烷改性的二氧化硅包覆生物炭加入到基質(zhì)里，提高復(fù)合膜內(nèi)部的自由體積和對(duì)乙醇的吸附性能，制備二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜；

二、本發(fā)明使用二氧化硅包覆生物炭進(jìn)行改性處理，用于制備二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜，本發(fā)明制備的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜用于分離40℃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的乙醇溶液，分離因子和滲透通量都有了顯著提高，分別達(dá)到11.9和226g·h^-1·m^-2。

本發(fā)明可獲得一種二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例一步驟五中得到的二氧化硅包覆的生物炭的XPS譜圖；

圖2為XRD譜圖，圖2中1為實(shí)施例一步驟三得到的干燥的生物炭粉的XRD曲線，2為實(shí)施例一步驟五中得到的二氧化硅包覆的生物炭的XRD曲線，3為實(shí)施例一步驟五中得到的二氧化硅包覆的生物炭經(jīng)過(guò)900℃處理10min后的樣品的XRD曲線；

圖3為實(shí)施例一步驟三得到的干燥的生物炭粉的SEM圖；

圖4為實(shí)施例一步驟九中得到的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的SEM圖；

圖5為實(shí)施例一步驟九中得到的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的斷面SEM圖；

圖6為實(shí)施例一步驟九中得到的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜中醋酸纖維素微濾膜和分離層的SEM圖；

圖7為二氧化硅包覆的生物炭的添加量對(duì)二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的滲透性的影響圖，圖7中1為通量曲線，2為分離因子曲線；

圖8為二氧化硅包覆的生物炭的添加量對(duì)二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的表面與水的接觸角影響圖；

圖9為二氧化硅包覆的生物炭的添加量對(duì)二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的表面與無(wú)水乙醇的接觸角影響圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式是一種二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的制備方法，具體是按以下步驟完成的：

一、制備生物炭：將樹(shù)皮磨成粉末，再在溫度為100℃～105℃下烘干12h～30h，再在氮?dú)鈿夥蘸蜏囟葹?00℃～600℃下高溫處理1h～1.5h，得到生物炭；

二、將步驟一中得到的生物炭進(jìn)行研磨，再在溫度為100℃～140℃下干燥12h～30h，得到粒徑為50nm～60nm的生物炭粉末；

三、使用濾紙對(duì)粒徑為50nm～60nm的生物炭粉末進(jìn)行包裹，再放置于索氏抽提器中，再采用甲苯為溶劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下抽提20h～30h，得到抽提后的生物炭粉；將抽提后的生物炭粉在常溫下進(jìn)行干燥，得到干燥的生物炭粉；

四、將步驟三中得到的干燥的生物炭粉和十六烷基三甲基溴化銨加入到去離子水中，再在攪拌速度為180r/min～200r/min下磁力攪拌25min～30min，得到生物炭溶液；

步驟四中所述的干燥的生物炭粉的質(zhì)量與去離子水的體積比為(0.5g～2g):400mL；

步驟四中所述的十六烷基三甲基溴化銨的質(zhì)量與去離子水的體積比為(0.5g～2g):400mL；

五、將生物炭溶液、濃度為0.01mol/L的氫氧化鈉溶液和有機(jī)溶劑混合，得到混合液Ⅰ；再使用超聲波震蕩器對(duì)混合溶液Ⅰ超聲震蕩處理10min～20min，再靜置5h～10h，得到反應(yīng)產(chǎn)物；首先使用蒸餾水對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物離心清洗3次～5次，再使用無(wú)水乙醇對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物離心清洗3次～5次，再在溫度為100℃～105℃下干燥18h～24h，得到二氧化硅包覆的生物炭；

步驟五中所述的生物炭溶液與濃度為0.01mol/L的氫氧化鈉溶液的體積比為1:(4～5)；

步驟五中所述的生物炭溶液與有機(jī)溶劑的體積比為1:(0.2～0.5)；

六、將二氧化硅包覆的生物炭、乙烯基三乙氧基硅烷和正己烷混合，得到混合液Ⅱ；使用超聲波震蕩器對(duì)混合液Ⅱ超聲震蕩處理20min～40min，再在攪拌速度為180r/min～200r/min下磁力攪拌40min～60min，得到均勻的混合液Ⅱ；

步驟六中所述的二氧化硅包覆的生物炭的質(zhì)量與正己烷的體積比為(0.01g～0.05g):70mL；

步驟六中所述的二氧化硅包覆的生物炭與乙烯基三乙氧基硅烷的質(zhì)量比為1:1；

七、將聚二甲基硅氧烷和正己烷混合，再在攪拌速度為180r/min～200r/min下磁力攪拌0.5h～2.5h，得到混合液Ⅲ；

步驟七中所述的聚二甲基硅氧烷的質(zhì)量與正己烷的體積比為(0.8g～1g):70mL；

八、將均勻的混合液Ⅱ和混合液Ⅲ混合，再在攪拌速度為180r/min～200r/min下磁力攪拌60min～120min，再加入正硅酸乙酯，再在攪拌速度為180r/min～200r/min下磁力攪拌30min～60min，再加入二月硅酸二丁基錫，再在攪拌速度為180r/min～200r/min下磁力攪拌8min～16min，得到混合溶液Ⅳ；

步驟八中所述的正硅酸乙酯與混合液Ⅲ的體積比為1:(1000～1500)；

步驟八中所述的二月硅酸二丁基錫與混合液Ⅲ的體積比為1:(5000～10000)；

九、將醋酸纖維素微濾膜浸泡在去離子水中1h～3h，取出后擦拭掉醋酸纖維素微濾膜表面的去離子水，再在溫度為20℃～25℃和濕度為50％～60％的條件下將混合溶液Ⅳ澆鑄在去除表面去離子水的醋酸纖維素微濾膜上，澆注過(guò)程中使用刮膜機(jī)在去除表面去離子水的醋酸纖維素微濾膜上進(jìn)行刮膜，然后再將澆注有混合溶液Ⅳ的醋酸纖維素微濾膜放在通風(fēng)廚中放置6h～8h，再在溫度為60℃的烘箱中干燥6h～8h，得到二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜；

步驟九中所述的混合溶液Ⅳ與醋酸纖維素微納濾膜的質(zhì)量比為(102～105):10。

本實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)：

一、本實(shí)施方式采用醋酸纖維素支撐層，利用聚二甲基硅氧中硅氧烷的鏈段柔順性以及超疏水性作為復(fù)合膜的基質(zhì)，將乙烯基三乙氧基硅烷改性的二氧化硅包覆生物炭加入到基質(zhì)里，提高復(fù)合膜內(nèi)部的自由體積和對(duì)乙醇的吸附性能，制備二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜；

二、本實(shí)施方式使用二氧化硅包覆生物炭進(jìn)行改性處理，用于制備二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜，本實(shí)施方式制備的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜用于分離40℃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的乙醇溶液，分離因子和滲透通量都有了顯著提高，分別達(dá)到11.9和226g·h^-1·m^-2。

本實(shí)施方式可獲得一種二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同點(diǎn)是：步驟一中所述的樹(shù)皮為美國(guó)黑松樹(shù)皮。其他步驟與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二之一不同點(diǎn)是：步驟九中所述的醋酸纖維素微濾膜的孔徑為0.45μm。其他步驟與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同點(diǎn)是：步驟一中將樹(shù)皮磨成粉末，再在溫度為103℃下烘干20h，再在氮?dú)鈿夥蘸蜏囟葹?50℃下高溫處理1h，得到生物炭。其他步驟與具體實(shí)施方式一至三相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同點(diǎn)是：步驟二中將步驟一中得到的生物炭進(jìn)行研磨，再在溫度為120℃下干燥24h，得到粒徑為50nm～60nm的生物炭粉末。其他步驟與具體實(shí)施方式一至四相同。

具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至五之一不同點(diǎn)是：步驟三中使用濾紙對(duì)粒徑為50nm～60nm的生物炭粉末進(jìn)行包裹，再放置于索氏抽提器中，再采用甲苯為溶劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下抽提24h，得到抽提后的生物炭粉；將抽提后的生物炭粉在常溫下進(jìn)行干燥，得到干燥的生物炭粉。其他步驟與具體實(shí)施方式一至五相同。

具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至六之一不同點(diǎn)是：步驟四中所述的干燥的生物炭粉的質(zhì)量與去離子水的體積比為(1g～2g):400mL。其他步驟與具體實(shí)施方式一至六相同。

具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至七之一不同點(diǎn)是：步驟四中所述的十六烷基三甲基溴化銨的質(zhì)量與去離子水的體積比為(1g～2g):400mL。其他步驟與具體實(shí)施方式一至七相同。

具體實(shí)施方式九：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至八之一不同點(diǎn)是：步驟五中所述的超聲波震蕩器的功率為450W～500W。其他步驟與具體實(shí)施方式一至八相同。

具體實(shí)施方式十：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至九之一不同點(diǎn)是：步驟五中所述的有機(jī)溶劑由正硅酸乙酯和無(wú)水乙醇混合而成；所述的有機(jī)溶劑中正硅酸乙酯與無(wú)水乙醇的體積比為1:4。其他步驟與具體實(shí)施方式一至九相同。

采用以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果：

實(shí)施例一：一種二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的制備方法，具體是按以下步驟完成的：

一、制備生物炭：將樹(shù)皮磨成粉末，再在溫度為103℃下烘干24h，再在氮?dú)鈿夥蘸蜏囟葹?05℃下高溫處理1h，得到生物炭；

步驟一中所述的樹(shù)皮為美國(guó)黑松樹(shù)皮；

二、將步驟一中得到的生物炭進(jìn)行研磨，再在溫度為120℃下干燥24h，得到粒徑為50nm～60nm的生物炭粉末；

三、使用濾紙對(duì)粒徑為50nm～60nm的生物炭粉末進(jìn)行包裹，再放置于索氏抽提器中，再采用甲苯為溶劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下抽提24h，得到抽提后的生物炭粉；將抽提后的生物炭粉在常溫下進(jìn)行干燥，得到干燥的生物炭粉；

四、將步驟三中得到的干燥的生物炭粉和十六烷基三甲基溴化銨加入到去離子水中，再在攪拌速度為200r/min下磁力攪拌30min，得到生物炭溶液；

步驟四中所述的干燥的生物炭粉的質(zhì)量與去離子水的體積比為1g:400mL；

步驟四中所述的十六烷基三甲基溴化銨的質(zhì)量與去離子水的體積比為1g:400mL；

五、將生物炭溶液、濃度為0.01mol/L的氫氧化鈉溶液和有機(jī)溶劑混合，得到混合液Ⅰ；再使用超聲波震蕩器對(duì)混合溶液Ⅰ超聲震蕩處理20min，再靜置8h，得到反應(yīng)產(chǎn)物；首先使用蒸餾水對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物離心清洗4次，再使用無(wú)水乙醇對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物離心清洗4次，再在溫度為105℃下干燥18h，得到二氧化硅包覆的生物炭；

步驟五中所述的超聲波震蕩器的功率為450W；

步驟五中所述的有機(jī)溶劑由正硅酸乙酯和無(wú)水乙醇混合而成；所述的有機(jī)溶劑中正硅酸乙酯與無(wú)水乙醇的體積比為1:4；

步驟五中所述的生物炭溶液與濃度為0.01mol/L的氫氧化鈉溶液的體積比為1:5；

步驟五中所述的生物炭溶液與有機(jī)溶劑的體積比為1:0.25；

六、將二氧化硅包覆的生物炭、乙烯基三乙氧基硅烷和正己烷混合，得到混合液Ⅱ；使用超聲波震蕩器對(duì)混合液Ⅱ超聲震蕩處理30min，再在攪拌速度為180r/min下磁力攪拌60min，得到均勻的混合液Ⅱ；

步驟六中所述的二氧化硅包覆的生物炭的質(zhì)量與正己烷的體積比為0.05g:70mL；

步驟六中所述的二氧化硅包覆的生物炭與乙烯基三乙氧基硅烷的質(zhì)量比為1:1；

七、將聚二甲基硅氧烷和正己烷混合，再在攪拌速度為180r/min下磁力攪拌2h，得到混合液Ⅲ；

步驟七中所述的聚二甲基硅氧烷的質(zhì)量與正己烷的體積比為1g:70mL；

八、將均勻的混合液Ⅱ和混合液Ⅲ混合，再在攪拌速度為180r/min下磁力攪拌60min，再加入正硅酸乙酯，再在攪拌速度為180r/min下磁力攪拌60min，再加入二月硅酸二丁基錫，再在攪拌速度為180r/min下磁力攪拌10min，得到混合溶液Ⅳ；

步驟八中所述的正硅酸乙酯與混合液Ⅲ的體積比為1:1000；

步驟八中所述的二月硅酸二丁基錫與混合液Ⅲ的體積比為1:5000；

九、將醋酸纖維素微濾膜浸泡在去離子水中2h，取出后擦拭掉醋酸纖維素微濾膜表面的去離子水，再在溫度為20℃和濕度為50％的條件下將混合溶液Ⅳ澆鑄在去除表面去離子水的醋酸纖維素微濾膜上，澆注過(guò)程中使用刮膜機(jī)在去除表面去離子水的醋酸纖維素微濾膜上進(jìn)行刮膜，然后再將澆注有混合溶液Ⅳ的醋酸纖維素微濾膜放在通風(fēng)廚中放置6h，再在溫度為60℃的烘箱中干燥6h，得到二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜；

步驟九中所述的醋酸纖維素微濾膜的孔徑為0.45μm；

步驟九中所述的混合溶液Ⅳ與醋酸纖維素微納濾膜的質(zhì)量比為10:1。

實(shí)施例二：本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同點(diǎn)是：步驟六中所述的二氧化硅包覆的生物炭的質(zhì)量與正己烷的體積比為0.01g:70mL。其他與實(shí)施例一相同。

實(shí)施例三：本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同點(diǎn)是：步驟六中所述的二氧化硅包覆的生物炭的質(zhì)量與正己烷的體積比為0.03g:70mL。其他與實(shí)施例一相同。

實(shí)施例四：本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同點(diǎn)是：步驟六中所述的二氧化硅包覆的生物炭的質(zhì)量與正己烷的體積比為0.07g:70mL。其他與實(shí)施例一相同。

圖1為實(shí)施例一步驟五中得到的二氧化硅包覆的生物炭的XPS譜圖；

從圖1可知，結(jié)合能284.5eV為C_1s的特征峰，532.7eV為O_1s的特征峰和103.4eV為Si_2p的特征峰，分析可知，C、O、Si原子組成分別為43％，41％和15％。說(shuō)明這些SiO₂已經(jīng)通過(guò)沉積過(guò)程中引入生物炭納米粒子的表面。使用二氧化硅對(duì)生物炭表面改性，不僅可以將生物炭變?yōu)槭杷?，而且可以使生物炭納米粒子在滲透蒸發(fā)分離中與聚二甲基硅氧烷更兼容。

圖2為XRD譜圖，圖2中1為實(shí)施例一步驟三得到的干燥的生物炭粉的XRD曲線，2為實(shí)施例一步驟五中得到的二氧化硅包覆的生物炭的XRD曲線，3為實(shí)施例一步驟五中得到的二氧化硅包覆的生物炭經(jīng)過(guò)900℃處理10min后的樣品的XRD曲線；

從圖2可知，實(shí)施例一步驟三得到的干燥的生物炭粉和實(shí)施例一步驟三得到的干燥的生物炭粉具有相同的特征峰，表明實(shí)施例一步驟三得到的干燥的生物炭粉不含有SiO₂的晶體結(jié)構(gòu)，峰值寬度和峰高的差異表明，由于對(duì)其進(jìn)行改性，生物炭納米粒子的結(jié)構(gòu)發(fā)生的顯著變化。所以，實(shí)施例一步驟三得到的干燥的生物炭粉的表面沉積了大量的納米無(wú)定形二氧化硅；實(shí)施例一步驟五中得到的二氧化硅包覆的生物炭經(jīng)過(guò)900℃處理10min后，在22.3°、28.5°和32.2°處有特征吸收峰，為方石英相。實(shí)施例一步驟五中得到的二氧化硅包覆的生物炭經(jīng)過(guò)900℃處理后，特征衍射峰明顯降低，原因可能是SiO₂表面非晶轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅艿氖?，生物炭被包覆在SiO₂內(nèi)部。

圖3為實(shí)施例一步驟三得到的干燥的生物炭粉的SEM圖；

從圖3可知，實(shí)施例一步驟三得到的干燥的生物炭粉的大小約為60nm。

圖4為實(shí)施例一步驟九中得到的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的SEM圖；

使用液氮將實(shí)施例一步驟九中得到的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜粹斷，斷面如圖5所示；

圖5為實(shí)施例一步驟九中得到的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的斷面SEM圖；

從圖5可知，上面黑色部分為分離厚度，下面部分為醋酸纖維素微濾膜的支撐圖；實(shí)施例一步驟九中得到的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜沒(méi)有出現(xiàn)破損和缺陷，分離層厚度在20μm左右。

圖6為實(shí)施例一步驟九中得到的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜中醋酸纖維素微濾膜和分離層的SEM圖。

從圖6可知，二氧化硅包覆生物炭均勻地分散在聚二甲基硅氧烷基體中，分離層緊緊粘附醋酸纖維素層的表面。

圖7為二氧化硅包覆的生物炭的添加量對(duì)二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的滲透性的影響圖，圖7中1為通量曲線，2為分離因子曲線。

圖7中的橫坐標(biāo)為二氧化硅包覆生物炭添加量是二氧化硅包覆的生物炭占聚二甲基硅氧烷基體的質(zhì)量百分比；圖7中二氧化硅包覆生物炭的添加量為1wt％對(duì)應(yīng)的是實(shí)施例二中制備的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的通量及分離因子，二氧化硅包覆生物炭的添加量為3wt％對(duì)應(yīng)的是實(shí)施例三中制備的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的通量及分離因子，二氧化硅包覆生物炭的添加量為5wt％對(duì)應(yīng)的是實(shí)施例一中制備的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的通量及分離因子，二氧化硅包覆生物炭的添加量為7wt％對(duì)應(yīng)的是實(shí)施例四中制備的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的通量及分離因子。

圖7中的分離溫度為40℃，從圖7可知，二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的滲透量隨著二氧化硅包覆生物炭的增加而增加，二氧化硅包覆生物炭的加入提高了二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的通量，主要原因是二氧化硅包覆生物炭的加入，提高了二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜內(nèi)部的自由體積。添加二氧化硅包覆生物炭的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的分離系數(shù)與未添加二氧化硅包覆生物炭的復(fù)合膜的分離系數(shù)相比，添加二氧化硅包覆生物炭后的復(fù)合膜分離性能有了顯著提高。原因是疏水性以及可分散性的增強(qiáng)。

隨著二氧化硅包覆生物炭在復(fù)合膜中添加量提高，分離系數(shù)先增加，然后降低。其結(jié)果是一個(gè)兩種機(jī)制之間的平衡。添加量增大，自由體積增大，乙醇分離能力提高。添加量過(guò)大，破壞復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，分離系數(shù)降低。

圖8為二氧化硅包覆的生物炭的添加量對(duì)二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的表面與水的接觸角影響圖；

圖8中的橫坐標(biāo)為二氧化硅包覆生物炭添加量是二氧化硅包覆的生物炭占聚二甲基硅氧烷基體的質(zhì)量百分比；圖8中二氧化硅包覆生物炭的添加量為1wt％對(duì)應(yīng)的是實(shí)施例二中制備的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的水接觸角，二氧化硅包覆生物炭的添加量為3wt％對(duì)應(yīng)的是實(shí)施例三中制備的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的水接觸角，二氧化硅包覆生物炭的添加量為5wt％對(duì)應(yīng)的是實(shí)施例一中制備的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的水接觸角，二氧化硅包覆生物炭的添加量為7wt％對(duì)應(yīng)的是實(shí)施例四中制備的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的水接觸角。

圖9為二氧化硅包覆的生物炭的添加量對(duì)二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的表面與無(wú)水乙醇的接觸角影響圖。

圖9中的橫坐標(biāo)為二氧化硅包覆生物炭添加量是二氧化硅包覆的生物炭占聚二甲基硅氧烷基體的質(zhì)量百分比；圖9中二氧化硅包覆生物炭的添加量為1wt％對(duì)應(yīng)的是實(shí)施例二中制備的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的無(wú)水乙醇接觸角，二氧化硅包覆生物炭的添加量為3wt％對(duì)應(yīng)的是實(shí)施例三中制備的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的無(wú)水乙醇接觸角，二氧化硅包覆生物炭的添加量為5wt％對(duì)應(yīng)的是實(shí)施例一中制備的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的無(wú)水乙醇接觸角，二氧化硅包覆生物炭的添加量為7wt％對(duì)應(yīng)的是實(shí)施例四中制備的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的無(wú)水乙醇接觸角。

從圖8和圖9可知，

二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜的疏水性高于未添加二氧化硅包覆生物炭的選擇滲透汽化膜，所以加二氧化硅包覆生物炭的二氧化硅包覆生物炭增強(qiáng)乙醇選擇性滲透汽化膜與無(wú)水乙醇相容性更好。因此，復(fù)合膜的分離因子就越高。