探究聚乙烯醇聚离子膜材料的合成及表征

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1、济南大学硕士学位论文聚乙烯醇聚离子膜材料的合成及表征姓名：秦怀侠申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：孟平蕊;李良波20050525摘要渗透汽化膜分离技术因具有分离性能优良、节能、绿色环保、操作简便、特别适合同分异构体、恒沸混合物及热敏物质分离等优点而倍受关注。制备渗透通量高、选择性好的膜材料是膜分离的关键。聚乙烯醇(Poly(vinylAlcohol，简写为PVA))以其成膜性能优良、高度亲水性等优点，是早期使用的有机物脱水膜材料。由于PVA高温耐水性差等缺点使应用受到一定限制，必须对其进行交联或化学改性。甲醛交联PVA膜材料虽

2、渗透通量较大但制膜环境污染严重。酯化交联PVA膜材料分离性能高，渗透通量却较小，给工业化推广带来一定困难。聚离子复合物(即聚电解质复合物)渗透汽化膜材料是一种新型膜材料，具有渗透通量大、选择性高、无污染等优点，是当前研究的热点。本文以PVA为基材，通过与磷酸、硫酸、氯乙酸、邻苯二甲酸酐、3一氯一2一羟丙基三甲基氯化铵进行酯化、醚化反应，制得一种聚阳离子和四种聚阴离子膜材料。用红外(IR)和扫描电镜(SEM)对五种膜材料的化学结构进行了表征，测定了其溶胀性、热稳定性及导电性。并将季铵盐烷基醚化聚阳离子PVA分别与其它四种聚阴离子复合制备

3、了聚离子复合物，初步测定了它们的溶胀性能和部分膜材料的渗透汽化分离性能。实验结果表明，与PVA、马来酸酐酯化PVA、以及各种聚阴、聚阳离子膜材料相比，本研究所制聚离子复合物膜材料的渗透汽化分离性能显著提高。而且，由于阳离子、阴离子都是大分子，由库仑力产生了一定的物理交联，不会象普通聚电解质中的小分子反离子溶于水而流失，因此分离性能稳定，有望成为具有工业化推广价值的新型渗透汽化膜材料，用于有机物，水体系的脱水。研究内容主要包括：1．聚阴、聚阳离子膜材料的合成：分别用磷酸、硫酸、氯乙酸、邻苯二甲酸酐、3一氯一2一羟丙基三甲基氯化铵与PVA

4、在本或N，N一二甲基甲酰胺(DMF)有机溶剂中发生酯化反应或醚化反应合成了磷酸酯化阴离子聚乙烯醇(PhosphatizedAnionicPolyvinylAlcohol，简写为POAPVA)、磺酸基取代阴离子聚乙烯醇(SulfatedAnionicPolyvinylAlcohol，简写为SLAPVA)、邻苯二甲酸酐酯化阴离子聚乙烯醇(PhthalicAnhydrideEsterifiedAnionicPolyvinylAlcohol，简写为PTAPvA)、羧甲基取代阴离子聚乙烯醇(CarboxymethylatedAnionicPol

5、yvinylAlcohol，简写为CMAPVA)和季铵盐烷基醚化阳离子聚乙烯醇(QuaternizedCationicPolyvinylAlcohol，简写为QACPVA)五种聚离子膜材料。其结构式分别如下：、1∥丫／丫丫丫、、／、丫OH9OHoOH6O’Hm№寸洲出。苜附＆。＼∥、∞0HI．POAPVAII．SLAPVA111．PTAPVA、／＼r丫7丫、r丫OH0．OH0OHeH2COONaCH2CH(OH)CH2N(CH3)3cliV．CMAPVAV．QACPVA系统地研究了反应温度、反应时间、反应物用量、催化剂用量及PVA水溶

6、液浓度等因素对取代度的影响。2．聚阴、聚阳离子膜材料化学结构的表征及性能测试用红外光谱和扫描电镜对聚阴、聚阳离子膜材料的结构进行了表征，分别测定了它们的在水和不同浓度乙醇中的溶胀情况、热稳定性能及导电性能。3．聚离子复合物的制各及性能测试将各种聚阴离子分别与季铵盐烷基醚化阳离子PVA通过离子反应形成聚电解质复合物，初步探讨了聚阴、聚阳离子比例对聚电解质复合物在95％乙醇中溶胀性能的影响。测定了POAPVA、CMAPVA、QACPVA以及POAPVA／QACPVA、CMAPVA／QACPVA聚电解质复合物膜材料的渗透汽化分离性能。关键词

7、：聚阴离子PVA聚阳离子PVA聚电解质复合物渗透汽化膜分离ABSTRACTRecently，pervaporationseparationtechnologyhasgainedmuchattentiontoseparateorganicmixturesduetoitshighseparationefficienciescoupledwithenergysavingsandconvenientoperating，especiallyforthecloseboilingpointandazeeotropicmixtures．Thekeyo

8、fmembraneseparationtechnologyistopreparemembranematerialwithhi【曲permeationfluxandgoodseparationfacter．Poly(vin