[發(fā)明專(zhuān)利]一種離子液體共混膜的制備及應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610235201.9
• 申請(qǐng)日: 2016-04-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105749769A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜忠義;王少飛;于曉蘇;任燕雄;吳星宇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01D71/80
• 分類(lèi)號(hào): B01D71/80;B01D69/12;B01D67/00;B01D53/22
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專(zhuān)利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發(fā)明公開(kāi)了一種離子液體共混的制備方法及應(yīng)用，屬于氣體分離膜技術(shù)領(lǐng)域。其制備過(guò)程包括：制備聚氧乙烯?聚己內(nèi)酰胺嵌段共聚物溶液，在溶液中加入咪唑型室溫離子液體，制得鑄膜液；室溫下干燥，并在真空條件下進(jìn)一步干燥而成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：制備方法簡(jiǎn)單，離子液體固定于高分子鏈中，流失率低。所制得的復(fù)合膜用于氣體分離，具有優(yōu)異的綜合性能。特別地，使用填充40％質(zhì)量分?jǐn)?shù)1?丁基?2，3?二甲基咪唑六氟磷酸鹽的共混膜具有高的CO₂滲透速率和CO₂/CH₄、CO₂/N₂選擇性，加濕條件下純氣測(cè)試CO₂滲透系數(shù)可達(dá)695Barrer，CO₂/CH₄選擇性為35，CO₂/N₂選擇性為42。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種離子液體共混膜的制備及應(yīng)用，屬于氣體膜分離技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著工業(yè)的發(fā)展，化石燃料燃燒，產(chǎn)生了大量CO₂氣體。目前急需高效低成本的碳捕集技術(shù)。膜技術(shù)由于綠色、能耗低、設(shè)備投資低等優(yōu)勢(shì)得到了廣泛關(guān)注，是目前有望大規(guī)模采用的技術(shù)之一。目前由于膜材料分離性能不高，限制了其進(jìn)一步發(fā)展。設(shè)計(jì)制備具高滲透性和高選擇性的膜材料是目前研究的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)高分子材料具有良好的成膜性能和低成本特點(diǎn)，是膜材料的主體。但滲透性與選擇性此消彼長(zhǎng)的trade-off效應(yīng)限制了膜材料的應(yīng)用，基于高分子的研究在于繼續(xù)提升膜的滲透性和選擇性。

離子液體特別是室溫離子液體由于低揮發(fā)性，是一種理想的應(yīng)用于碳捕集的材料，在吸收領(lǐng)域已得到了較為廣泛的應(yīng)用。目前離子液體膜主要制備為支撐液膜，其機(jī)械穩(wěn)定性較差，特別在高壓條件下，離子液體容易流失。將離子液體與高分子材料共混，利用高分子鏈段與粒子液體間的強(qiáng)弱相互作用來(lái)制備膜材料，是一種行之有效的方法。目前離子液體與高分子共混膜已有部分應(yīng)用與氣體分離領(lǐng)域，以成膜性能良好的聚氧乙烯-聚己內(nèi)酰胺嵌段共聚物作為主體有望改善離子液體的穩(wěn)定性。特別對(duì)于咪唑型離子液體，將其共混于高分子后，在加濕條件下可以發(fā)揮咪唑基團(tuán)的促進(jìn)傳遞作用，從而顯著改善膜的分離性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于一種離子液體共混膜的制備方法和應(yīng)用。以此方法制備的離子液體共混膜用于分離CO₂/CH₄、CO₂/N₂混合物，具有較高的CO₂滲透速率和分離因子。

本發(fā)明提出的一種離子液體共混膜，主要組分為聚氧乙烯-聚己內(nèi)酰胺嵌段共聚物以及咪唑型離子液體；其中，咪唑型離子液體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-50％。

其中，所述咪唑型離子液體為1-丁基-2，3-二甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-丁基-3甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3甲基咪唑二氰胺鹽、1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲基鹽中任一含咪唑的室溫離子液體。

制備上述離子液體共混膜的方法，包括以下步驟：

步驟一、將一定質(zhì)量的聚氧乙烯鏈段質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55-60％的聚氧乙烯-聚己內(nèi)酰胺嵌段共聚物加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65-75％的乙醇溶液中，回流加熱到75～90℃，使其中的聚氧乙烯-聚己內(nèi)酰胺嵌段共聚物完全溶解，冷卻至室溫，制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2-7％的聚氧乙烯-聚己內(nèi)酰胺嵌段共聚物溶液；

步驟二、取一定質(zhì)量的聚氧乙烯-聚己內(nèi)酰胺嵌段共聚物溶液，滴加入咪唑型離子液體制得混合溶液A，其中，所述咪唑型離子液體占聚氧乙烯-聚己內(nèi)酰胺嵌段共聚物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-50％，磁力攪拌使其中的咪唑型離子液體完全溶解，冷卻至室溫制得鑄膜液；

步驟三、將步驟二制得的鑄膜液加入聚四氟乙烯培養(yǎng)皿中，室溫下固化成膜，于35-60℃真空條件下干燥24～48h，即得離子液體共混膜。