PI/ZIF-8 雜化膜的制備及滲透汽化分離性能研究

李太雨, 馬文中,2, 徐 榮, 張 琪, 鐘 璟

(1. 常州大學 石油化工學院, 江蘇省綠色催化材料與技術重點實驗室, 江蘇 常州 213164;2. 常州大學 材料科學與工程學院, 江蘇省環境友好高分子材料重點實驗室, 江蘇 常州 213164)

1 前 言

N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)等非質子極性溶劑是一種優良的工業溶劑，然而這類溶劑的排放對環境和人體危害較大[1]。滲透汽化(PV)是一種新型的膜分離技術，在有機溶劑回收中應用廣泛。常用于溶劑脫水的膜材料有聚乙烯醇(PVA)[2]、海藻酸鈉(NaAlg)[3]、全氟聚合物(perfluoropolymer)[4]、聚酰亞胺(PI)[5-6]和二氧化硅(SiO2)[7]等，其中PI 具有良好的耐溶劑、熱穩定和機械性能[8-9]。結合本課題組之前的工作發現，均苯型PI 膜具有較好的分離性能和穩定性，但由于PI 分子的自由體積較小，導致滲透通量很低。因此，為了解決PI 膜的trade-off 效應[10]，需要選擇合適的聚酰亞胺單體并對膜材料進行改性。

有機-無機雜化膜可以結合聚合物膜和無機膜各自的優勢，正成為近年來的研究熱點[11]。選擇與聚合物相容性好的無機納米粒子是制備有機-無機雜化膜的關鍵。ZIF-8 是一種類沸石咪唑骨架材料，具有高比表面積、優異的熱穩定性和水熱穩定性[12]。SHI 等[13]制備了聚苯并咪唑(PBI)/ZIF-8 雜化膜并用于滲透汽化分離乙醇/水混合物。由于ZIF-8 納米粒子限制了PBI 分子鏈的熱運動，抑制了乙醇分子對膜的溶脹作用，因此PBI/ZIF-8 雜化膜具有更高的分離性能。當ZIF-8 負載量為33.7% 時，雜化膜的水滲透率提高4 倍，選擇性幾乎不變。AMIRILARGANI 等[14]制備了PVA/ZIF-8 雜化膜進行乙醇脫水，結果顯示膜的滲透通量由未改性 PVA 膜的 135 g·m-2·h-1提高至 868 g·m-2·h-1。……