聚乙烯醇/聚丙烯酸/POSS杂化膜制备及膜中分子传递机理研究

本研究旨在制备性能优良的渗透汽化膜，以乙二醇/甲醇等为分离体系考察膜的分离性能。根据溶解度参数理论及亲/疏水平衡理论，结合乙二醇/甲醇等体系的物理化学特点，选择壳聚糖-聚乙烯吡咯烷酮为高分子膜材料用于渗透汽化分离乙二醇/甲醇混合物。由于聚合物溶胀严重，机械强度明显下降，结果导致渗透汽化性能下降。为了提高渗透汽化膜的机械强度和渗透汽化分离性能，采用了增加支撑层、利用紫外交联和硅烷偶联剂交联三种措施对膜进行处理。其中硅烷偶联剂选择正硅酸乙酯(TEOS)和1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTEE),制备了醋酸纤维素(CA)-壳聚糖(CS)/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)复合膜、UV-CS/PVP紫外交联膜、CS/PVP-TEOS、 CS/PVP-BTEE有机-无机杂化膜，拟提高膜的渗透汽化性能。通过红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等表征手段研究了膜的物理化学结构。.结果表明，CS和PVP存在一个最佳共混比例10:1，支撑层可以显著增加膜的机械强度，提高膜的分离性能。通过CA支撑，复合膜的渗透汽化分离因子(PSI)值提高了大约80%。紫外交联和硅化学交联都能显著降低膜的溶胀性，提高膜热稳定性和机械强度，同时显著提高膜的分离性能。紫外交联4分钟后的CS/PVP共混膜的渗透通量达99.76 g•m-2h-1，分离因子为1099，PSI值提高了206.1%。分离因子随着硅烷偶联剂增加而显著增加，当BTEE含量为10.04 wt%时，杂化膜的最高分离因子为6129。