[發(fā)明專利]以聚苯胺納米材料和聚乙烯胺制備CO2分離膜的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210380454.7
• 申請日: 2012-10-10
• 公開（公告）號: CN102886212A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王志;趙頌;趙娟;喬志華;王紀(jì)孝;王世昌
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: B01D71/60
• 分類號: B01D71/60;B01D67/00;B01D53/22
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及一種以聚苯胺納米材料和聚乙烯胺制備CO₂分離膜的方法，屬于氣體分離膜技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

固定載體膜是一種新型CO₂分離膜，可以同時具有高CO₂滲透性和選擇性。聚乙烯胺由于含有可與CO₂發(fā)生可逆反應(yīng)的伯胺基，是一種常用的固定載體膜材料。

以聚乙烯胺（PVAm）為分離層、聚砜（PSf）或聚醚砜（PES）膜為支撐層制備的PVAm/PSf或PVAm/PES復(fù)合膜具有較優(yōu)的CO₂滲透選擇性能，然而要實現(xiàn)氣體分離膜的大規(guī)模應(yīng)用，仍需進(jìn)一步提高其滲透選擇性能。近幾年，一些國內(nèi)外學(xué)者開展改性聚乙烯胺氣體分離膜以獲得高CO₂滲透選擇性能的研究工作。其中，納米材料的添加被認(rèn)為能擾亂高分子鏈段堆積，增加聚合物膜的自由體積，從而顯著增加聚合物膜的滲透速率。由于聚苯胺納米材料含有氨基基團(tuán)，它的添加不僅能增加聚合物膜的自由體積，還能提高CO₂在膜內(nèi)的溶解性，有利于制成具有優(yōu)異性能的納米復(fù)合氣體分離膜。本申請的發(fā)明人之前發(fā)表的專利中（用于分離酸性氣體的強(qiáng)化聚乙烯胺固定載體復(fù)合膜及其制備方法，專利號：ZL200910069314）提出以聚砜或聚醚砜為基膜，用聚苯胺納米纖維、氣相納米二氧化硅或乙二胺來改性聚乙烯胺，雖然與純聚乙烯胺膜相比，復(fù)合膜性能有所提高，但是仍然較難滿足工業(yè)捕集CO₂的要求，聚合物膜CO₂滲透選擇性能還有待進(jìn)一步提高。納米材料的微觀形貌（如尺寸和維度）顯著影響著納米材料的比表面積和化學(xué)特性，進(jìn)而對氣體分離膜結(jié)構(gòu)和性能具有不同的調(diào)控機(jī)理和改性效果。本發(fā)明專利通過改變聚苯胺納米材料的制備條件（如單體濃度、表面活性劑濃度、反應(yīng)溫度等），制備得到多種不同形貌的聚苯胺納米材料（納米片、網(wǎng)狀納米纖維、半管狀納米纖維、納米棒），并采用聚苯胺納米材料和聚乙烯胺制備得到CO₂分離膜。聚苯胺納米材料不僅可以降低聚乙烯胺膜的結(jié)晶度，增加聚乙烯胺膜中有效載體濃度，還會利用聚苯胺納米材料的鏈間距離、摻雜/脫摻雜特性綜合提高膜的CO₂滲透選擇性能。以聚苯胺納米材料和聚乙烯胺制備的CO₂分離膜具有很高的CO₂滲透選擇性能和良好的穩(wěn)定性，適用于CO₂分離的實際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種以聚苯胺納米材料和聚乙烯胺制備CO₂分離膜的方法。該方法具有制膜工藝簡單易行，原材料價格低廉的特點，所制得的氣體分離膜對于CO₂分離具有優(yōu)異的滲透選擇性。

????本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實現(xiàn)的，一種以聚苯胺納米材料和聚乙烯胺制備CO₂分離膜的方法，其特征在于包括以下過程：

（1）????將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%~4%的聚乙烯胺水溶液與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～4%的聚苯胺

納米材料水分散液按兩種溶液中聚乙烯胺與聚苯胺納米材料的質(zhì)量比為1~10:1進(jìn)行共混，所述的聚苯胺納米材料為納米片、網(wǎng)狀納米纖維、半管狀納米纖維或納米棒，在室溫下超聲攪拌，混合均勻制得涂膜液；

（2）????以截留分子量為5000~50000的聚砜或聚醚砜超濾膜為基膜，將步驟（1）

制得的涂膜液涂敷在基膜的表面，濕涂層厚度為50?μm~300?μm，在溫度20～35^oC和相對濕度30%～50%的恒溫恒濕環(huán)境中干燥，得到以聚苯胺納米材料和聚乙烯胺制備的CO₂分離膜。

本發(fā)明的優(yōu)點在于，該CO₂分離膜制備方法簡單易行，原材料價格低廉，可以利用聚苯胺納米材料的形貌、摻雜/脫摻雜特性同時強(qiáng)化固定載體膜的CO₂滲透性和選擇性。所制得的CO₂分離膜對于CO₂/N₂混合氣（CO₂體積分?jǐn)?shù)為15%～20%），CO₂滲透速率為（100～3100）×10^-6?cm³(STP)·cm^-2·s^-1·cmHg^-1，CO₂/N₂分離因子為21～240。?

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