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(jī)-無機(jī)雜化膜兼具有機(jī)膜和無機(jī)膜的優(yōu)點(diǎn)，在分離領(lǐng)域占有重要地位。本研究從無機(jī)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(jié)構(gòu)、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(gòu)建了有利于水分子傳遞的通道，優(yōu)化了溶解選擇和擴(kuò)散選擇機(jī)制。以滲透蒸發(fā)乙醇脫水過程為研究對(duì)象，系統(tǒng)研究了雜化膜的分離性能。
　　為實(shí)現(xiàn)硅骨架材料作為無機(jī)相對(duì)雜化膜溶解選擇性的優(yōu)化，將親水性較強(qiáng)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(yīng)的孔道結(jié)構(gòu)（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(jìn)了水分子在膜內(nèi)的溶解和擴(kuò)散；同時(shí)，其特殊的結(jié)構(gòu)提高了膜內(nèi)吸附水中非自由水的含量，促進(jìn)水分子在膜內(nèi)的吸附，優(yōu)化了雜化膜的溶解選擇性。當(dāng)AT納米棒的填充量為2 wt.％時(shí)，雜化膜的滲透通量為1356 g/(m2h)，分離因子為2030。
　　為實(shí)現(xiàn)硅骨架

3、材料作為無機(jī)相對(duì)雜化膜擴(kuò)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(jié)晶度，提高了膜內(nèi)吸附水中自由水的含量，促進(jìn)了水分子在膜內(nèi)的傳遞，優(yōu)化了雜化膜的擴(kuò)散選擇性。當(dāng)HNT納米管的填充量為4 wt

4、.%時(shí)，雜化膜的滲透通量為1722(g/m2h)，分離因子為1415。
　　為實(shí)現(xiàn)硅骨架材料對(duì)雜化膜溶解擴(kuò)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(jī)相(50 wt.%)的SA-PEG@POSS雜化膜。雜化顆粒中柔性的PEG鏈段增強(qiáng)了其與SA基質(zhì)的相容性，提高了無機(jī)相的比例；POSS獨(dú)特