本發(fā)明屬于有機(jī)硅膜材料領(lǐng)域，特別涉及一種親水性有機(jī)硅膜的制備方法。

背景技術(shù)：

有機(jī)硅(或稱(chēng)有機(jī)無(wú)機(jī)雜化硅)膜具有優(yōu)異的水熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，其應(yīng)用前景十分廣泛，如反滲透和滲透汽化等膜分離過(guò)程。但限制其發(fā)展的主要缺點(diǎn)是膜的對(duì)水的親和力較低，滲透率較小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)當(dāng)前有機(jī)硅膜存在的水親和力較差、滲透率較低的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種親水性有機(jī)硅膜的制備方法，將有機(jī)硅膜浸泡在臭氧溶液中，通過(guò)調(diào)節(jié)浸泡時(shí)間和臭氧溶液濃度，調(diào)節(jié)膜孔徑大小及其表面水親和力，從而增加了膜的水親和力和滲透率，

具體方案為：

(1)通過(guò)有機(jī)硅源前驅(qū)體的水解聚合反應(yīng)制備有機(jī)硅聚合溶膠，

其中，采用鹽酸作為溶膠制備的催化劑，所得溶膠的濃度為0.1～0.5wt％，

有機(jī)硅源前驅(qū)體為1，2-二(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)或1，2-二(三乙氧基硅基)乙烯(BTESEthy)；

(2)采用熱涂法將硅鋯溶膠擦涂在陶瓷支撐體上，高溫條件下煅燒得到膜的過(guò)渡層，

擦涂溶膠以及煅燒的操作重復(fù)6～8次，

硅鋯溶膠的濃度為0.3wt％，涂擦?xí)r采用脫脂棉蘸取硅鋯溶膠，按一個(gè)方向在陶瓷支撐體上快速擦涂，

涂完后立即于400～550℃煅燒20～30min，

過(guò)渡層不僅僅增加了膜的水熱穩(wěn)定性，更重要的是：涂覆過(guò)渡層是為了將膜層表面的孔徑降至5nm左右，這樣的過(guò)渡層能夠防止出現(xiàn)孔滲現(xiàn)象，便于后續(xù)涂覆分離層；

(3)采用熱涂法將步驟(1)中得到的有機(jī)硅聚合溶膠擦涂在步驟(2)中得到的過(guò)渡層上，涂完后煅燒得到有機(jī)硅膜，

擦涂溶膠以及煅燒的操作重復(fù)1～2次，

涂擦?xí)r，采用脫脂棉蘸取有機(jī)硅聚合溶膠，按一個(gè)方向在陶瓷支撐體上的過(guò)渡層表面快速擦涂，涂完后立即于100～250℃下煅燒20～30min；

(4)將步驟(3)中制得的有機(jī)硅膜在臭氧水溶液中浸泡得到改性后的有機(jī)硅膜，

臭氧水溶液濃度為0.5～2.5ppm，浸泡時(shí)間為10～150min，浸泡溫度為常溫(25℃)，

臭氧改性后，膜的水滲透率有了顯著增加，達(dá)到了1.6×10^-12(kg m^-2s^-1Pa^-1)。由于步驟(3)中制得的有機(jī)硅膜內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)上為Si-C鍵、C-C鍵、Si-O鍵所形成的交錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(其中Si-O鍵數(shù)量居多，并且是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，即在微觀上硅原子起到網(wǎng)絡(luò)交叉點(diǎn)作用，相當(dāng)于是十字路口的中心)；在此基礎(chǔ)上加入臭氧攻擊橋連的乙烷、乙烯反應(yīng)生成了臭氧化物，之后發(fā)生Criegee重排(臭氧的開(kāi)環(huán)反應(yīng))形成中間體，中間體會(huì)生成甲硅烷基醛，而甲硅烷基醛遇水水解后導(dǎo)致Si-C鍵斷裂，鍵上的碳原子最終形成甲酸游離到膜之外，而Si原子上形成了硅醇基，增加了膜的親水性；但是Si-O鍵所形成的交錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并不會(huì)受到破壞，這確保了力學(xué)性能。具體的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理如附圖1所示。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1中臭氧改性BTESEthy膜的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理示意圖。

圖2為實(shí)施例1中浸泡于臭氧溶液中的時(shí)間為60min和120min所制備的改性有機(jī)硅膜以及對(duì)比例1中有機(jī)硅膜的FTIR圖，

從圖2中可以看出，經(jīng)過(guò)臭氧改性后，有機(jī)硅膜表面Si-C鍵、碳碳雙鍵的峰有所減弱(鍵的數(shù)量減少)，而Si-OH鍵的峰有所增強(qiáng)(相應(yīng)鍵的數(shù)量增加)。

圖3為實(shí)施例1中浸泡于臭氧溶液中的時(shí)間為40min和120min所制備的改性有機(jī)硅膜以及對(duì)比例1中有機(jī)硅膜的截留分子量變化圖，

從圖3中可以看出，經(jīng)過(guò)臭氧改性后，有機(jī)硅膜的孔徑變大，孔徑變大會(huì)增加水滲透率。

圖4為實(shí)施例1中膜的水滲透率隨浸泡于臭氧溶液中時(shí)間的變化關(guān)系圖(操作壓力：1.15MPa，鹽水溶液濃度：2000ppm-NaCl)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

(1)在鹽酸的催化作用下，通過(guò)有機(jī)硅源前驅(qū)體BTESEthy的水解聚合反應(yīng)制備出有機(jī)硅聚合溶膠，并將溶膠濃度稀釋至0.4wt％；

(2)采用熱涂法將硅鋯溶膠(0.3wt％)擦涂在陶瓷支撐體上，500℃的高溫條件下煅燒25min成膜，重復(fù)該擦涂溶膠以及煅燒的操作8次，得到膜的過(guò)渡層；

(3)采用熱涂法將步驟(1)中得到的有機(jī)硅聚合溶膠擦涂在步驟(2)中得到的過(guò)渡層上，涂完后于200℃下煅燒20min，重復(fù)該擦涂溶膠以及煅燒的操作2次，得到有機(jī)硅膜，

制備7份相同的上述有機(jī)硅膜；

(4)將步驟(3)中制得的6份有機(jī)硅膜浸泡在25℃、濃度1ppm的臭氧水溶液中，分別浸泡10min、20min、40min、60min、90min、120min后取出、干燥，得到改性后的有機(jī)硅膜；

而由上述步驟(3)中所制備但未浸泡的1份有機(jī)硅膜為對(duì)比例1，作為實(shí)驗(yàn)參照。