原位自催化制备功能基团/无机粒子共杂化聚合物膜及异构体分离性能研究

二甲苯异构体的选择性分离是工业技术领域和学术领域中最具难度和挑战性的前沿课题，也是影响聚酯产业发展的关键因素。在当前异构体分离技术中，渗透汽化以其清洁、高效和节能的优势倍受关注。本项目拟制备一种包含橡胶态软段和环糊精硬段的新型功能基团/无机粒子共杂化聚合物渗透汽化膜。利用高分子柔性链改善分离膜的渗透性，并设计原位自催化方法对材料进行功能基团和无机粒子两种杂化改性，增强膜的分离选择性和耐热、耐溶剂性能，以期得到综合性能良好的二甲苯异构体分离膜；通过研究其渗透汽化分离性能与膜材料微观结构之间的关系，探讨异构体分子在膜内的传质分离机理，为膜材料结构设计与改性提供新的思路，为渗透汽化膜法分离二甲苯异构体的工业应用提供必要的理论支持。

环糊精以其特殊空腔结构在手性拆分中有优异的分子识别能力，可显著提高膜分离选择性；但目前制得的改性膜，多因环糊精易迁移、团聚而导致膜分离性能不稳定。针对该问题，本研究成功开发得到了多种新型环糊精交联聚氨酯膜以及环糊精交联/无机粒子杂化改性膜，并通过FTIR、SEM等手段表征了分离膜的结构、形貌和热稳定性等多种膜基本性能，评价了不同膜材料的溶胀性和膜分离性能；同时对膜分离过程机理及分离性能进行系统分析总结后发现：1）在添加量较低时（含量在5wt%以内），环糊精的化学交联既能同时提高膜的渗透性和选择性，又可提高聚氨酯膜的操作稳定性，是一种简单有效的分离膜改性手段，解决了分离性能稳定性问题，为膜材料设计改性提供了新的思路；2）无机粒子（如二氧化硅和碳纤维粉）能进一步改善环糊精交联膜的溶胀问题，其有机交联改性与无机粒子杂化并用的改性效果，主要取决于有机-无机相界面的结合状况和无机物分散尺度，并且不是简单的叠加效应；3）新型有机-无机共改性的环糊精交联-二氧化硅杂化共改性聚氨酯膜的渗透通量为未改性膜的2倍，而新型环糊精交联-碳纤维粉杂化共改性聚氨酯膜的分离因子为未改性膜的3倍，均具有进一步工业应用的潜力；本研究的成果为探索新型膜材料改性方法提供了研究基础和设计思路，具有良好的借鉴意义。