[發明專利]一種包含納米SiO2粒子的氣體分離雜化膜制備方法

無效

• 申請號: 201310012101.6
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103055727A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 吳禮光;王健;王挺
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: B01D71/78
• 分類號: B01D71/78;B01D69/10;B01D67/00;B01D53/22
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及無機納米粒子的合成、膜的制備以及氣體分離技術領域，尤其涉及一種包含納米SiO₂粒子的氣體分離雜化膜及其制備方法。

背景技術

CO₂的捕獲、分離及脫除是環境保護、能源高效利用、石油化學工業節能增效等領域中的重要過程技術。因此高效CO₂分離及脫除技術的開發對實現社會和經濟的可持續發展具有重要的意義。

與傳統的化學吸收、變壓吸附等分離技術相比，膜法CO₂分離技術具有投資省、能耗低、操作簡便等特點。高分子膜具有較好的分離選擇性，目前仍是最有使用價值的CO₂分離膜，但主要缺點是存在CO₂塑化及物理老化問題。

有機/無機雜化是改善高分子膜CO₂滲透選擇性及抗塑化與物理老化問題的有效方法之一。納米SiO₂具有特殊的結構和性質，一方面硅和氧是同族元素，Si=O鍵和C=O鍵結構相似，符合膜材料選擇的相似相容原則；另一方面，納米SiO₂具有多孔結構，能夠吸附更多的CO₂分子。本發明通過微乳液及其聚合法制備包含有納米SiO₂粒子的氣體分離雜化膜，表現出較好的分離性能。

發明內容

本發明提供了一種納米SiO₂粒子及包含納米SiO₂粒子雜化膜的制備方法，依此方法可在一定程度上按需調控膜的結構，制備出性能較好的CO₂分離膜。

一種納米SiO₂粒子及包含SiO₂的雜化氣體分離膜的制備方法，包括以下步驟：

(a)?將聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯兩親嵌段共聚物溶解于油相介質中，超聲條件下加入氨水溶液制得反相微乳液A；

(b)?超聲條件下將硅源加入到微乳液A中，通過硅酸酯的水解反應得到包含納米SiO₂的反相微乳液B；

(c)?將引發劑偶氮二異丁腈加入反相微乳液B中，在60℃的水浴中攪拌使其發生微乳液聚合反應；當微乳液聚合體系粘度達到50mPa.s后停止加熱和攪拌，靜止脫泡，獲得乳膠狀的鑄膜液；

(d)?室溫條件下將鑄膜液均勻的涂覆在多孔支撐膜上，然后將其放入75℃的干燥箱中繼續反應，干燥，制得厚度為5-20微米的包含有納米SiO₂粒子的雜化膜。

所述的方法，所述的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯兩親嵌段共聚物為商品牌號Pluronic的嵌段共聚物，平均分子量為1000-15000。

所述的方法，所述的油相介質為苯乙烯與丙烯酰胺或苯乙烯與甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的混合物。

所述的方法，所述的硅源為正硅酸乙酯、正硅酸丁酯中的一種。

所述的方法，所述步驟(a)，反相微乳液A中聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯兩親嵌段共聚物與油相介質的質量體積比為50-500g/L；氨與油相介質的質量體積比為5×10^-4-5×10^-2g/L；水與油相介質的質量體積比為10^-4-10^-2?g/L。

所述的方法，所述步驟(b)，反相微乳液B中硅源與油相介質的質量體積比為20-200g/L。

本發明以聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯兩親嵌段共聚物作乳化劑，苯乙烯與丙烯酰胺或苯乙烯與甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的混合物為油相介質，正硅酸乙酯、或正硅酸丁酯中的一種為硅源，氨水為水解催化劑，采用反相微乳液法制備納米SiO₂粒子；通過微乳液聚合獲得包含有SiO₂納米粒子的鑄膜液；將包含有SiO₂納米粒子的鑄膜液均勻地涂覆在多孔支撐膜上；再將涂有鑄膜液的多孔支撐膜放入干燥箱中讓鑄膜液繼續反應、干燥，即制得一定厚度的包含納米SiO₂粒子的雜化膜。

采用本發明的制備方法可以簡便地通過改變反相微乳液的組成來調控SiO₂納米粒子的形貌，進而調控雜化膜的結構和性能，從而得到不同結構和性能的雜化膜。

具體實施方式

以下結合具體實施例，對本發明進行詳細說明。

實施例1