[發明專利]一種具有簡易自我調節滲透性和選擇性的含氨基聚芳醚酮氣體分離膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201910178414.6
• 申請日: 2019-03-11
• 公開（公告）號: CN109865437A
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 王哲;陳召鈺;侯磊
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: B01D71/52
• 分類號: B01D71/52;B01D67/00;B01D53/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種具有簡易自我調節滲透性和選擇性的含氨基聚芳醚酮氣體分離膜及其制備方法，屬于高分子化學和氣體分離膜材料領域。該氣體分離膜具有式Ⅰ所示結構，該氣體分離膜通過熔融縮聚精確的將特殊官能基團氨基引入到主鏈上，利用氨基基團和二氧化碳之間存在的酸堿相互作用和氫鍵作用提高二氧化碳的溶解性，同時氨基是一種極性基團，它的加入會使得聚合物的主鏈剛性增加，從而增加聚合物膜的氣體選擇性。本發明的含氨基聚芳醚酮氣體分離膜的滲透性最高達到P(CO₂)=12.38Barrer【1 Barrer=1x10^?10cm³(STP)cm/(cm² s cmHg)】，理想選擇性最佳達到α(CO₂/CH₄)=27.86。

技術領域

本發明屬于高分子化學和氣體分離膜材料領域，具體涉及一種具有簡易自我調節滲透性和選擇性的含氨基聚芳醚酮氣體分離膜及其制備方法。

背景技術

在過去的幾十年中，基于膜的氣體分離技術，由于其操作簡便、節能、環保、高效等優點，得到了迅速發展。氣體分離技術在合成氨中氫氣回收、富氧/富氮收集、石油氣中甲烷/乙烷的分離以及溫室氣體二氧化碳的回收等領域有著廣泛的應用。

基于膜的氣體分離技術要求聚合物膜具有更高的選擇性和滲透性，然而聚合物膜的選擇性和滲透性存在可逆關系。高玻璃態的芳香族聚合物本身具有較高的選擇性，被廣泛應用于氣體分離膜的研究。但是芳香族聚合物的滲透性較低，因此可以通過添加特殊官能基團提高芳香族聚合物的滲透性。氨基基團與二氧化碳存在酸堿相互作用及氫鍵作用，可以增加二氧化碳的溶解度系數，從而提高二氧化碳的滲透性；同時氨基作為一種極性基團，它的加入會增加聚合物主連的剛性，從而提高含氨基聚芳醚酮膜的選擇性。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有簡易自我調節滲透性和選擇性的含氨基聚芳醚酮氣體分離膜及其制備方法，該膜具有較高的氣體滲透性的同時又具有較高的理想選擇性。

本發明首先提供一種具有簡易自我調節滲透性和選擇性的含氨基聚芳醚酮氣體分離膜，具有式Ⅰ所示結構：

式Ⅰ

式Ⅰ中，m、 n為重復單元數，m、 n為≥1的整數。

本發明還提供一種具有簡易自我調節滲透性和選擇性的含氨基聚芳醚酮氣體分離膜的制備方法，該方法包括：

步驟一：在反應容器中加入4,4’-二氟二苯甲酮、雙酚AF和4-氨基苯基對苯二酚進行聚合反應，得到含氨基的聚芳醚酮；

步驟二：將步驟一得到的含氨基的聚芳醚酮聚合物溶解，得到聚合物溶液，將聚合物溶液鋪成膜，得到含氨基聚芳醚酮氣體分離膜。

優選的是，所述的步驟一具體為：氮氣保護下，在反應容器中加入a mol 4-氨基苯基對苯二酚、b mol雙酚AF單體、c mol 4,4′-二氟二苯甲酮；混合均勻后加入成鹽劑、帶水劑和溶劑，在115~138℃條件下帶水回流3~6小時，放掉帶水劑，溫度升至173~193℃，蒸出剩余的帶水劑，繼續反應6~24小時，得到含氨基聚芳醚酮，其中，a=0.001~1.0，b=0.001~1.0，c=0.001~1.0，且a+b=c。

優選的是，所述的帶水劑為甲苯。

優選的是，所述的成鹽劑為碳酸鉀。

優選的是，所述的溶劑優選為N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、環丁砜（TMS）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）或二甲基亞砜（DMSO）。

本發明的有益效果。