[發明專利]用于捕集二氧化碳分離膜材料聚乙烯基胺制備方法

在審

• 申請號: 201811218472.9
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109248568A
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 王志;許瑞;原野;董松林;王紀孝
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01D69/12
• 分類號: B01D69/12;B01D71/62;B01D67/00;B01D53/22
• 代理公司: 天津一同創新知識產權代理事務所(普通合伙) 12231
• 代理人: 王麗

本發明涉及用于捕集二氧化碳分離膜材料聚乙烯基胺制備方法。通過對聚合反應的引發劑濃度、單體濃度、聚合溫度以及聚合時間進行調控，獲得高分子量的PVAm。將高分子量的PVAm刮涂于聚砜超濾膜上，并將其作為分離層材料制備高性能CO₂分離復合膜，所制備膜平整光滑。高分子量PVAm的制備工藝可用于放大生產，為批量制備CO₂分離復合膜分離層提供原材料。同時，該CO₂分離復合膜制備方法簡單，性能優異。將所制備的CO₂分離復合膜進行混合氣(CO₂/N₂ 15/85)測試，CO₂滲透速率達到300GPU以上，CO₂/N₂分離因子達到50以上。

技術領域

本發明屬于氣體分離膜材料制備領域；涉及一種通過綜合調控基團、分子和聚集態等多層次優化分離膜關鍵材料制備工藝,獲得高分子量的關鍵材料聚乙烯基胺，特別是涉及用于捕集二氧化碳分離膜材料聚乙烯基胺制備方法。

背景技術

隨著經濟全球化的發展，環境問題和能源問題已經成為經濟發展中亟須解決的問題。煤、石油等傳統化石能源的燃燒帶來了嚴重的環境污染問題。CO₂的大量排放造成全球氣候變化，生態系統遭到破壞。CO₂減排成為全球性的重大課題。目前常見的CO₂分離技術包括深冷分離法、吸附法、吸收法和膜分離法。膜分離法具有固定投資少、操作簡單、能耗低以及占地面積小等特點，在煙道氣CO₂捕集領域具有良好的發展前景。目前用于氣體分離的聚合物膜具有良好的機械穩定性、易于放大以及廉價易得等特點，受到了研究者們的廣泛關注。CO₂分離膜有擴散選擇機制膜、溶解選擇機制膜、反應選擇機制膜和分子篩分選擇機制膜。常見的CO₂分離膜材料有醋酸纖維素、聚砜、聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、交聯乙烯型嵌段共聚物、聚乙烯亞胺、位阻型聚丙烯基胺。上述的CO₂分離膜材料功能基團較少，其滲透選擇性能較低,目前用于CO₂/N₂分離復合膜的滲透速率為30～50GPU，分離因子20～40。

發明內容

為了解決現有技術的問題，我們進行了研究和試驗發現，聚乙烯基胺(PVAm)是一種具有CO₂促進傳遞作用的高分子聚合物，該聚合物含有大量氨基，能夠在水分子的參與下與CO₂分子產生強烈的親和作用，具有較高的滲透選擇性能。目前，商品化PVAm主要用于造紙以增強紙力、助濾、助留和定著效果以及作為絮凝劑使液體澄清。商品化PVAm主要為堿性水解，其水解度很高，氫鍵作用力過強。導致其結晶度很高，分子鏈難以延長。由于其結晶度高、分子量低，直接作為CO₂分離膜材料的成膜性差、滲透選擇性能低，限制了其在CO₂分離膜領域的應用。為進一步獲得更優的成膜性、更低結晶度以及更高性能的聚乙烯基胺材料，同時獲得高分子量和高單體轉化率，分離層關鍵材料PVAm的制備工藝需要進一步進行優化。本反應為典型的自由基聚合反應。

本發明通過對聚合反應的引發劑濃度、單體濃度、聚合溫度以及聚合時間進行調控，獲得高分子量的PVAm。將高分子量的PVAm刮涂于聚砜超濾膜上，并將其作為分離層材料制備高性能CO₂分離復合膜，所制備膜平整光滑。高分子量PVAm的制備工藝可用于放大生產，為批量制備CO₂分離復合膜分離層提供原材料。同時，該CO₂分離復合膜制備方法簡單，性能優異。將所制備的CO₂分離復合膜進行混合氣(CO₂/N₂ 15/85)測試，可以獲得優異的CO₂滲透速率以及CO₂/N₂分離因子。

本發明是通過下述技術方案實現的：

一種用于捕集二氧化碳分離膜材料聚乙烯基胺制備方法，其特征是步驟如下：