離子液體改性PVA膜的吸附分離性能研究.pdf

1、離子液體是由有機(jī)陽離子和無機(jī)陰離子構(gòu)成的鹽類物質(zhì)，是近年來發(fā)展起來的全新介質(zhì)和軟功能材料。離子液體最大的特點(diǎn)之一是可設(shè)計(jì)性，即通過選擇合適的陽離子、陰離子，或者微調(diào)陽離子上的取代烷基鏈，可以調(diào)變離子液體的物理化學(xué)性質(zhì)，從而獲得“需求特定”(Task-specific)的多功能型離子液體。離子液體另一個(gè)顯著的特點(diǎn)是其對(duì)許多有機(jī)溶劑以及水具有優(yōu)異的選擇性溶解能力，故而被稱為“液體分子篩”(Liquid Zeolite)。離子液體的上述兩種特

2、性使其在分離領(lǐng)域有很好的應(yīng)用潛力。但是小分子離子液體在室溫下一般為液體，成膜性較差，這限制了其作為膜分離材料的應(yīng)用。聚離子液體具有與離子液體相同的功能基團(tuán)，而且還具有小分子離子液體所不具備的可加工特性。然而聚離子液體耐壓能力差，不能承受滲透汽化分離過程中較大的壓力差。通過適當(dāng)?shù)姆椒▽㈦x子液體的可調(diào)控性和膜分離技術(shù)相耦合是解決這一問題的關(guān)鍵，這對(duì)于新型高性能膜材料的開發(fā)也具有重要意義。
　　本文首先合成了N,N-二取代烷基咪唑型離子

3、液體及其聚合物，研究了聚離子液體在不同有機(jī)溶劑中的吸附行為，并關(guān)聯(lián)其與離子液體結(jié)構(gòu)、組成、形貌以及溶劑性能之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，通過表面化學(xué)改性，將離子液體的可設(shè)計(jì)性等特征引入到具有工業(yè)化應(yīng)用前景的聚乙烯醇(PVA)滲透汽化分離膜上，并研究其對(duì)有機(jī)物/水混合液的分離性能。
　　1、通過自由基聚合法合成了陽離子咪唑環(huán)上側(cè)鏈取代烷基鏈長不同的離子液體單體[VBMI][BF4]、[VBEI][BF4]、[VBBI][BF4]、[VBM

4、I][PF6]、[VBEI][PF6]、[VBBI][PF6]，及它們相應(yīng)的聚合物P[VBMI][BF4]、P[VBEI][BF4]、P[VBBI][BF4]、P[VBMI][PF6]、P[VBEI][PF6]、P[VBBI][PF6]，并用紅外、核磁對(duì)其結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行了表征。
　　2、利用ATR-FTIR、靜態(tài)水接觸角、XRD對(duì)聚離子液體膜進(jìn)行了表征，并通過DCA法研究了上述聚離子液體膜對(duì)于不同溶劑的吸附行為。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，所有聚離子

5、液體膜對(duì)有機(jī)溶劑的吸收量均隨時(shí)間的增長而增加，最后達(dá)到平衡，符合典型的吸附動(dòng)力學(xué)。對(duì)吸收結(jié)果進(jìn)行不同吸附方程擬合，發(fā)現(xiàn)Bangham孔道擴(kuò)散模型能較好的描述聚離子液體對(duì)溶劑的吸附行為。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，聚離子液體結(jié)構(gòu)對(duì)其吸附性能有一定影響。無論是吸附純?nèi)軇┻€是混合溶液，當(dāng)聚離子液體陰離子相同時(shí)，陽離子咪唑環(huán)上側(cè)鏈取代烷基越長，其對(duì)溶劑的吸附量越少;當(dāng)聚離子液體陽離子相同時(shí)，陰離子的疏水性越強(qiáng)，其對(duì)溶劑的吸附量越小。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，吸附純?nèi)軇r(shí)，溶劑

6、極性越強(qiáng)（水＞甲醇＞乙醇），聚離子液體對(duì)其的平衡吸附量越大;吸附混合液時(shí)，其平衡吸附量介于組成該混合溶液的兩種純?nèi)軇┑钠胶馕搅恐g。
　　3、通過表面化學(xué)接枝改性在PVA膜表面引入一系列陰陽離子不同的離子液體，研究了改性PVA膜對(duì)90％乙酸/水溶液、90％甲醇/水溶液兩種體系的滲透汽化分離性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過離子液體表面化學(xué)改性后，PVA膜對(duì)于兩種混合液的滲透通量顯著增加，而分離因子有一定的降低。當(dāng)固定接枝離子液體的陽離子，改變

7、其陰離子時(shí)，改性PVA膜對(duì)兩種體系的滲透汽化分離性能變化趨勢(shì)一致，均表現(xiàn)為隨陰離子親水性降低([Br]-＞[BF4]-＞[PF6]-)，其相應(yīng)改性PVA膜的滲透通量和滲透液中水含量下降。而固定接枝離子液體的陰離子，改變其陽離子時(shí)，組成對(duì)于兩種體系的分離性能卻產(chǎn)生不一樣的影響。當(dāng)分離90％乙酸/水溶液時(shí)，增加離子液體陽離子咪唑環(huán)上取代碳鏈會(huì)降低咪唑環(huán)對(duì)乙酸的吸附，使得乙酸的透過量液減小，滲透通量明顯降低，而分離選擇性增加;當(dāng)分離90％甲醇