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，這種層層靜電吸附(Layer-by-Layer adsorption，簡稱為LBL)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。因此，亟待開發(fā)更為高效簡捷的成膜技術(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，將聚陰離子或聚陽離子溶液在基膜表面動(dòng)態(tài)過濾10～60分鐘，使聚陰離子或聚陽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，將聚陽離子或聚陰離子溶液在基膜表面動(dòng)態(tài)過濾10～60分鐘，使聚陰離子和聚陽離子發(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、無機(jī)膜、或無機(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(陰)離子大分子溶液中，然后在純水中洗滌，再浸入聚陰(陽)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離子制膜料液交替地在基膜表面動(dòng)態(tài)過濾，聚電解質(zhì)和聚電解質(zhì)復(fù)合物(聚陰離子和聚陽離子的反應(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)過濾過程中形成復(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，所用聚陽離子材料為線型聚乙烯亞胺(PEI，分子量為6萬)，聚陰離子為聚丙烯酸(PAA，分子量為400萬)，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)行滲透汽化性能測試，測試條件為原液組成95wt％乙醇/水體系，實(shí)驗(yàn)溫度40℃，膜下游壓力100pa。
測得滲透汽化膜性能為滲透通量140g.m-2.h-1，透過液中乙醇含量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，所用聚陽離子材料為線型聚乙烯亞胺(PEI，分子量為6萬)，聚陰離子為聚丙烯酸(PAA，分子量為400萬)，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)行滲透汽化性能測試，測試條件為原液組成95wt％乙醇/水體系，實(shí)驗(yàn)溫度40℃，膜下游壓力100pa。
測得滲透汽化膜性能為滲透通量92g.m-2.h-1，透過液中乙醇含量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，所用聚陽離子材料為線型聚乙烯亞胺(PEI，分子量為6萬)，聚陰離子為聚丙烯酸(PAA，分子量為400萬)，聚乙烯亞胺的溶劑為無水乙醇，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)行滲透汽化性能測試，測試條件為原液組成95wt％乙醇/水體系，實(shí)驗(yàn)溫度40℃，膜下游壓力100pa。
測得滲透汽化膜性能為滲透通量226g.m-2.h-1，透過液中乙醇含量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，將聚陰離子或聚陽離子溶液在基膜表面動(dòng)態(tài)過濾10～60分鐘，使聚陰離子或聚陽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，將聚陽離子或聚陰離子溶液在基膜表面動(dòng)態(tài)過濾10～60分鐘，使聚陰離子和聚陽離子發(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機(jī)膜、有機(jī)膜或無機(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?，F(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。本發(fā)明步驟將聚陽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將聚陰離子或聚陽離子溶液在基膜表面動(dòng)態(tài)過濾10～60分鐘，使聚陰離子或聚陽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將聚陽離子或聚陰離子溶液在基膜表面動(dòng)態(tài)過濾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)樹蘭, 張國俊, 谷維梁, 閆海紅, 劉忠洲 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)