不同离子取代+PVA膜在醇%2f水体系中溶胀特性.pdfVIP

不同离子取代的 PVA 膜在醇/水体系中的溶胀特性 1 1 1 2 2 陈保红 ，秦培勇* ，谭天伟 ，李继定 ，陈翠仙 ， （1.北京化工大学 生命科学与技术学院，北京 100029 ； 2. 清华大学化学工程系膜技术工程研究中心，北京，100084） 摘要：用不同的阴离子和阳离子对PVA膜材料进行了改性，得到了不同结构的聚离子膜材料， 其中包括磷酸取代阴离子PVA 、磺酸基取代阴离子PVA 、羧甲基取代阴离子PVA和季铵烷基 醚化阳离子PVA ．将各种聚离子膜材料分别制成阴离子膜、阳离子膜、和阴阳离子膜，并测 定不同离子取代的PVA聚离子膜在不同浓度的乙醇/水、异丙醇/水等体系中的溶解性能．用 气相色谱对膜中溶解的组分进行分析，得到各种膜在醇溶液中的溶胀度和溶解选择因子．研 究了离子取代对PVA膜在不同浓度的醇水溶液中溶解性能的影响，本研究为膜性能的进一步 改进、膜的制备以及醇、水等小分子在PVA膜中的扩散机理的研究提供数据基础． 关键词：渗透气化；聚离子膜；聚乙烯醇；溶胀 渗透汽化作为一项新兴的膜分离技术，其实质是利用高分子膜的选择透过性来分离液体 混合物。因此渗透汽化技术的关键是高选择性、高渗透通量膜的制备．而膜的性能与膜材料 的选择密切相关，研究表明渗透汽化和蒸汽渗透都是依靠致密膜对液体或蒸汽混合物中组分 的溶解—扩散性能的不同实现组分分离的膜过程[1,2]，致密聚合物膜的渗透汽化分离性能在 很大程度上取决于被分离物质在膜内的溶解性[3]．而被分离物质在膜内的溶解性又与溶剂的 种类、浓度以及溶剂与膜的相互作用有关．溶剂在膜内的溶解是实现扩散传质的先决条件, 准确预测低分子有机物在高分子膜材料中的溶解性成为高分子膜材料设计的关键． 聚乙烯醇(PVA)是一种水溶性聚合物，具有良好的水溶性、成膜性、粘接力和乳化性， 有卓越的耐油脂和耐溶剂性能以及良好的物理化学稳定性。作为优良的亲水性渗透汽化膜材 料，广泛应用于脱水的渗透汽化膜过程中．聚电解质(Po1yelectrolyte)，又称聚离子 (Po1yion)，是指在主链或侧链中带有许多可电离的离子性基团的高分子[4].由于聚电解质复 合物膜中离子强烈的水合作用和对有机物的盐析效应，使这类膜材料的分离性能大大提高. 本实验测定了各种聚离子PVA膜在不同浓度的各种醇/水体系中的溶解性能，研究了不同离子 取代PVA膜对不同浓度的醇水溶液的溶解度的影响，为膜性能的进一步改进、膜的制备以及 醇、水等小分子在PVA膜中的扩散机理的研究提供数据基础． 1.实验部分 基金项目：国家 973 项目(No.2003CB615701); 国家自然科学基金项目(No No No; 中石化科技开发研究基金(No. X505002) 中石油风险创新基金(No. 作者简介：陈保红（1982－），女，河北保定人，北京化工大学 生命科学与技术学院，硕士研究生 *通讯联系人：秦培勇，北京化工大学 生命科学与技术学院，E －mail ：qpy@mem.tsinghua.edu.cn 1.1 原料与制备 聚离子膜(实验室自制), 乙醇(分析纯),异丙醇(分析纯),叔丁醇(分析纯),去离子水等．各种 实验室自制的离子取代的聚乙烯醇膜材料，包括磷酸取代聚乙烯醇，硫酸取代聚乙烯醇，羧 甲基取代聚乙烯醇，季铵烷基醚化阳离子聚乙烯醇． 膜的制备：将聚离子材料按配比加入水中加热溶解，冷却，过滤，消泡后于洁净的玻璃 板上刮制成膜，于红外灯下烘干，揭下，再置于烘箱中在 100℃下热处理 1h 得实验所用的 各种膜，其膜厚度为 30-40 μm ． 1.2 溶解性能测定 先将待溶解的膜放入 90℃的烘箱中烘干到恒重，取出，用精度为万分之一的分析天平 称得其干重 Wd 后将膜浸泡在配制好的醇溶液中，在一定温度下浸泡到溶解平衡（24h 后膜 的质量不再改变）．将浸泡后的膜从溶液中取出用滤纸迅速吸干膜表面的溶液后，放入分析 天平中称得其湿重Ww ．不同离子取代的PVA 聚离子膜的在醇水溶液中的溶胀度 SR 由式（1） 求得： W W − w d （1）