常壓低溫等離子體技術制備復合膜的方法技術

本發明專利技術公開了一種常壓低溫等離子體技術制備復合膜的方法，屬于膜分離技術領域。其特征是以多孔介質為基膜，基膜靜置浸泡預涂覆單體；以氬氣作為放電氣體，對預涂覆的基膜進行常壓低溫等離子體輻照，引發接枝反應；進行輻照后接枝反應制備復合膜。本發明專利技術的效果和益處是利用常壓低溫等離子體技術制備的復合膜具有良好的選擇性和滲透通量，而且成本更低，適合規模化生產。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于膜分離
，涉及到一種復合膜的方法，特別涉及到一種利用常壓等離子體技術制備復合膜的方法。
技術介紹
蒸汽滲透或滲透汽化是混合物中的組分在蒸汽壓差的推動下，利用組分在膜中溶解和擴散性能的不同來達到分離的目的。與傳統的恒沸蒸餾和萃取精餾相比，滲透汽化技術具有低能耗、高效率、無二次污染等優點，被視為最有潛力取代傳統方法的新技術。在有機溶劑脫水、廢水中有機物的脫除以及有機/有機混合物的分離方面具有明顯的技術和經濟優勢，特別適用于傳統技術難以分離的近沸點、恒沸點混合的分離。分離選擇性、滲透通量和結構穩定性是評價滲透汽化分離膜的三個重要指標。復合膜可以分別選擇適宜的分離層和支撐層材料，實現選擇性、滲透性、化學和熱穩定性的最優化。烷烴/芳烴滲透汽化分離要求膜材料必須對分離組分具有較好的親和性，但是較好的親和性會導致膜的過度溶脹，破壞膜結構的完整性，降低其分離選擇性。因此，必須抑制膜的過度溶脹以獲得穩定的分離性能。為了控制膜材料的過度溶脹，提高分離膜的結構完整性和穩定性，Yamaguchi在20世紀90年代提出“接枝填充聚合”復合膜的概念，即在多孔基膜的孔內填充另一種聚合物。在滲透氣化過程中，膜孔內的填充聚合物只溶于待分離混合物中某種溶劑，提供滲透選擇性，多孔基膜則在有機物中不發生溶脹，可有效抑制膜的過度溶脹(摘自Macromolecules，1991，24：5522-5527)。中國專利200410015893.3公開了一種低溫等離子體接枝滲透汽化膜及其制法，采用頻率為13.26MHz的低壓氬氣等離子體在多孔基膜表面引發接枝，制備滲透汽化分離膜。但是，低壓輝光放電等離子體技術需要真空設備，投資大，操作復雜，成本高，難于連續化生產，無法廣泛應用于工業制造中。詹勁等采用低壓輝光放電等離子體，在聚砜膜表面通過氣相接枝反應改善其抗污染性能，該方法同樣需要使用真空系統，而且氣相接枝反應對設備要求較高，工業化難度大(摘自化工學報，2004，55(5)：747-751)。Wang等采用動態壓力驅動法制備了一種在聚丙烯腈超濾基膜上復合聚乙烯醇(PVA)-氧化石墨烯(GO)雜化分離層的“孔填充”復合膜，該復合膜對50wt％甲苯/正庚烷(40℃)的分離系數高達12.9，但滲透通量只有0.027Kg/(m2·h)，工業應用價值不大(摘自JournalofMembraneScience，2014，455：113–120)。中國專利201010211258.8公開了利用常壓低溫等離子體技術制備的復合膜，在常壓下采用氦氣介質阻擋放電等離子技術制備“類海洋平臺結構”的復合膜。該復合膜的制備不需要真空和密封裝置，但制備周期較長，而且所使用氦氣價格昂貴，導致復合膜的制造成本較高，阻礙了其工業化應用。本專利技術以氬氣作為放電氣體，使用常壓低溫等離子體技術制備復合膜，不需要真空系統以及昂貴的氦氣作為放電氣體，可有效降低中國專利201010211258.8公開的利用常壓氦氣等離子體技術制備復合膜的成本，工業化前景更好。
技術實現思路
本專利技術提供了一種利用常壓低溫等離子體技術制備復合膜的方法，復合膜對芳烴/烷烴具有優良的分離性能，而且制備方法簡便，不使用昂貴的氦氣，成本低，具有很高的工業應用價值。本專利技術的技術方案如下：一種常壓低溫等離子體技術制備復合膜的方法，其特征在于，以不溶于芳烴的多孔介質為基膜，在單體溶液中靜置浸泡預涂覆基膜，單體溶液含接枝單體和/或易引發的共聚單體；對預涂覆后的基膜進行常壓等離子體輻照，引發預涂覆單體的接枝反應；輻照后的基膜進行接枝反應，制得復合膜。所述的多孔介質基膜可以由含丙烯腈聚合物、含氟聚合物、聚烯烴、聚炔烴等不溶于芳烴的聚合物材料以及陶瓷、炭等無機材料制備，如聚丙烯腈、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烴、聚丙烯、聚酰亞胺、聚炔烴等。所述的接枝單體為含環氧乙烷鏈段的丙烯酸酯類單體，對醇類、芳烴、硫化物具有親和性，可以為聚乙二醇丙烯酸酯類、聚乙二醇甲基丙烯酸酯類中的一種或幾種混合物，單體濃度為0.1～1.0mol/L；所述的共聚接枝單體為易引發單體，更優的是含烯丙基鍵的化合物，如丙烯酸酯類化合物；溶劑為水、甲醇、乙醇；所述的預涂覆為恒溫靜置浸泡，溫度為15～65℃，時間為0.5～24小時；所述的常壓低溫等離子體，放電條件可以為：放電氣體：氬氣；輻照功率密度：1～100W/cm2；輻照時間：10～600s；制備的復合膜可以廣泛應用于分離芳烴/烷烴化合物、醇/水化合物以及含硫化合物/烴類化合物、納濾等膜分離過程。氬氣的市售價格約為氦氣的十分之一，采用氬氣為放電氣體，可以降低復合膜的制備成本。但常壓氬氣等離子體引發接枝反應的效率低于常壓氦氣等離子體，無法得到高性能的復合膜。另一方面，含烯丙基鍵的化合物，如丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯等屬于極易被引發進行自由基聚合的單體化合物。本專利技術引入易引發化合物單體，如含烯丙基鍵的化合物作為共聚單體，以常壓氬氣等離子體引發含烯丙基鍵的化合物和含環氧乙烷鏈段的丙烯酸酯類單體發生共聚接枝反應，制備復合膜，避免使用昂貴的氦氣。本專利技術的有益效果是：本專利技術利用靜置浸泡的方式對多孔介質基膜進行單體預涂覆，以氬氣作為放電氣體，利用常壓低溫等離子體技術制備的復合膜具有良好的選擇性和滲透通量，膜結構穩定。而且，采用氬氣代替昂貴的氦氣作為放電氣體，不需要真空系統，成本遠低于中國專利201010211258.8公開的利用常壓氦氣等離子體技術制備的復合膜的成本，更有利于規模化工業生產。具體實施方式本專利技術使用平板膜為實例，目的在于清晰簡明地描述本專利技術，但并不將本專利技術限制為平板膜。下面結合具體實施例對本專利技術做詳細說明。實施例1非對稱聚丙烯腈(PAN)超濾膜為多孔介質基膜，聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEO500OHMA)為大分子接枝單體，水為溶劑，復合膜的制備過程如下：1)將PAN超濾膜置于0.4mol/LPEO500OHMA單體溶液中，在45℃下恒溫靜置浸泡2小時，進行單體預涂覆。2)將經過步驟1)預涂覆的PAN超濾膜置入反應腔中，通入放電氣體氬氣，打開射頻電源，調整輻照功率密度為60W/cm2，產生的低溫氬氣等離子體引發接枝反應。等離子體輻照時間90s，完成同步輻照接枝反應后，關閉電源。3)將脫氣PEO500OHMA單體溶液導入反應腔中，進行輻照后接枝反應。30mi本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種常壓低溫等離子體技術制備復合膜的方法，其特征在于，以不溶于芳烴的多孔介質為基膜，接枝單體和芳烴的親和性較強，易引發單體作為共聚接枝單體；靜置浸泡預涂覆接枝單體和/或共聚接枝單體；以氬氣為放電氣體，常壓低溫等離子體輻照預涂覆后的基膜，引發接枝反應；進行輻照后接枝反應制備復合膜。

【技術特征摘要】
1.一種常壓低溫等離子體技術制備復合膜的方法，其特征在于，以不溶于芳烴的
多孔介質為基膜，接枝單體和芳烴的親和性較強，易引發單體作為共聚接枝單
體；靜置浸泡預涂覆接枝單體和/或共聚接枝單體；以氬氣為放電氣體，常壓低
溫等離子體輻照預涂覆后的基膜，引發接枝反應；進行輻照后接枝反應制備復
合膜。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的接枝單體為含環氧乙烷鏈
段的丙烯酸酯類單體，濃度為0.1～1.0mol/L；所述的共聚接枝單體為易引發單
體，更優的是含烯丙基鍵的化合物；溶劑為水或甲醇。
3.根據...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李戰勝，張春慶，夏玉萍，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：遼寧;21