有机-无机多硅杂化膜的制备及表征

摘要

有机-无机杂化是通过共混法、原位聚合法、溶胶-凝胶法等在有机网络中引入无机质点，从而将有机组分与无机组分良好的结合起来。因此有机-无机杂化膜兼具了有机膜与无机膜的优点，膜的机械性能得到增强，热稳定性和耐溶剂性能都大大提高。另一方面，将有机-无机杂化材料应用于离子膜领域，改善了离子膜在高离子交换容量时，高溶胀的性质。同时由于无机组分的引入，膜的渗透、选择性也可能得到很大程度的改进。因此近年来得到快速发展。
　　 本文利用溶胶-凝胶（sol-gel）以及共混法，制备了有机-无机杂化非离子膜和有机-无机杂化阳离子交换膜，并测试了膜的一些基本物理化学性能，特别的对于杂化阳离子交换膜，首次将其应用于扩散渗析回收碱的应用方面。主要的实验过程和实验数据如下：
　　 （1）以乙二胺（EDA）、氯甲基三乙氧基硅烷（CMTES）和聚乙烯醇（PVA）为原料，首先通过EDA和CMTE制备小分子多硅化合物，之后通过溶胶-凝胶法与PVA反应制备杂化膜。考察了CMTES的含量以及溶剂、催化剂对成膜性能的影响。通过热分析仪（TG-DSC）、扫描电子显微镜（SEM）和机械性能等测试了膜的物理化学性能和热稳定性，并将膜尝试应用在渗透汽化分离乙醇/水体系中。实验结果表明，选用KOH作为催化剂，乙醇作为溶剂制得的杂化膜表现出较好的物理化学性能。
　　 （2）以丙烯酸（AA）、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（γ-MPS）和聚乙烯醇（PVA）为原料通过溶胶-凝胶反应制备多硅共聚杂化阳离子交换膜，考察了不同含量的共聚物poly(AA-co-γ-MPS)对膜性能的影响。该系列膜具有较好的热稳定性（热降解温度为264-270℃）和机械性能。并且随着共聚物含量的增加，膜的亲水性逐渐下降（81.6-70.8％），离子交换容量却逐渐上升（0.76-0.90 mmol/g）。最后将膜应用于扩散渗析分离NaOH和Na2WO4体系，表现出了较好的分离效果（渗析系数：0.010-0.042m/h）。在35℃时，使用含poly(AA-co-γ-MPS)质量分数50％的杂化膜进行扩散渗析试验，分离因子达到95.7。
　　 （3）以丙烯酸（AA）、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（γ-MPS）和磺化聚苯醚（SPPO）为原料通过共混法制备阳离子交换膜，考察不同SPPO含量对膜性能的影响。探讨膜在分离碱体系方向上的应用可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1 章 绪 论

第2 章 基于PVA 与多硅小分子化合物的有机-无机杂化膜

第3 章 基于PVA 与多硅共聚物的杂化阳离子交换膜的制备及表征

第4 章 基于多硅共聚物与SPPO 的杂化阳离子交换膜的制备及表征

第5 章 结论与展望

附 录

致 谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果