[發明專利]聚酰亞胺–咪唑微囊雜化膜的制備及其應用

無效

• 申請號: 201310522044.6
• 申請日: 2013-10-29
• 公開（公告）號: CN103537206A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 吳洪;蘆霞;姜忠義
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01D71/64
• 分類號: B01D71/64;B01D67/00;B01D53/22;C08F292/00;C08F226/06;C08F222/14
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術領域

本發明涉及一種聚酰亞胺-咪唑微囊雜化膜的制備及其應用，屬于有機-有機雜化膜氣體分離膜技術。

背景技術

隨著不可再生資源石油的嚴重消耗，尋找可再生替代能源已經日益成為廣大能源科研工作者的緊迫問題之一。生物氣資源作為一種來源廣泛的可再生資源受到了廣泛的關注，而生物氣資源的大規模應用在于如何有效的脫除其中的CO₂。氣體膜分離作為一種過程簡單、高效、低能耗、污染小的分離技術，已成為具有廣闊發展前景的分離技術之一。目前用于氣體分離的有機高分子膜材料可分為五大類：聚酰亞胺類、PEO類、硅橡膠類、固有孔類聚合物以及促進傳遞聚合物。通過分析總結發現這五類高分子各有優缺點，PEO類高分子的通量較高，選擇性適中，但是作為橡膠態的高分子玻璃化溫度較低熱穩定性較差，不利應用于工業設備。橡膠態的高分子，通量很大，但是選擇性太低。固有孔類聚合物的制備較為復雜，成本較高。聚酰亞胺類高分子因為其較好的機械性能是研究的較早較為成熟的高分子，并且這類高分子的的選擇性是比較高的，但是其通量較低限制了其被用于工業化。因此說提高聚酰亞胺類高分子的滲透通量是所有研究聚酰亞胺高分子膜面臨的重大問題。

目前，雜化膜的制備主要是選用無機的納米顆粒填充到有機高分子中，但是選用無機顆粒會面臨無機顆粒與有機高分子的較低的相容性問題，無機顆粒的填充量較低，不能很好的突破膜的通量。選用商業化的一種聚酰亞胺（Matrimid?5218）作為高分子主體。受水在促進傳遞機理中的啟發，通過兩步可逆反應促進二氧化碳透過含胺基類的高分子膜。利用生物仿生的思想植物細胞的囊泡中可儲藏大量的水分，因此構想在膜中均勻的填充一定量的保水微囊來促進二氧化碳的傳遞。從而設計制備咪唑微囊填充在聚酰亞胺制備雜化膜用于氣體分離。目前為止，聚酰亞胺-咪唑微囊雜化膜用于氣體分離未見文獻報道。

發明內容

本發明目的在提供一種聚酰亞胺-咪唑微囊雜化膜的制備及其應用。該方法過程簡單，易操作，以此方法制備的聚酰亞胺-咪唑微囊雜化膜對二氧化碳分離具有良好的性能。

本發明是通過以下技術方案加以實現的，一種聚酰亞胺-咪唑微囊雜化膜的制備方法，其特征包括以下步驟：

1.?改性的二氧化硅顆粒的制備：

在溫度為30-35℃下，按照體積比為1：200的配比，將3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-2-甲基-2-丙烯酸酯（MPS）加入到含有200nm二氧化硅顆粒濃度為0.015g/ml的懸浮液中，所述的懸浮液為乙醇、水、氨水按照體積比為100:10:3配比而成的，進行攪拌4h，離心后的濾餅用乙醇、水洗滌，干燥后得到改性的二氧化硅顆粒；

2.?咪唑微囊的制備：

將步驟1制得的改性二氧化硅顆粒與乙腈按照質量比1:210的配比進行2-4小時超聲分散，得到分散均勻的懸浮液，按照引發劑與懸浮液中二氧化硅顆粒的質量比3:50的配比，?向懸浮液中加入2,2’-偶氮二異丁腈（AIBN）超聲分散5-10分鐘后，然后按照活性單體與懸浮液體積比為1:178的配比向懸浮液中加入乙烯基咪唑（VI）和與其等量的交聯劑乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)，繼續超聲5-10分鐘后將混合溶液進行沉淀共蒸餾，在溫度為170-180℃下蒸出溶液，經冷卻至室溫，進行離心洗滌得到白色的沉淀物，用質量分數為10%的氫氟酸溶液對得到的白色沉淀物進行刻蝕2-4?h，再用乙醇和水對刻蝕液進行離心洗滌，將濾餅在60?℃的真空恒溫箱中進行干燥24-48?h，得到壁厚為100±10nm，內腔尺寸為200±20nm的咪唑微囊；

3.?在室溫攪拌下，將聚酰亞胺溶解到N,N-二甲基甲酰胺中，配制成質量濃度為6%的聚酰亞胺溶液；

4.?在室溫攪拌下，將步驟2中得到的咪唑微囊加入到步驟3制備的聚酰亞胺溶液中制得含咪唑微囊質量分數為2-30%的不同鑄膜液，將不同的鑄膜液分別倒在干凈的玻璃板上流延，并置于烘箱中干燥，然后經溫度為150?℃熱處理3?h后，室溫下退火處理3?h，得到聚酰亞胺-咪唑微囊雜化膜。

上述方法制備的聚酰亞胺-咪唑微囊雜化膜的應用，用于二氧化碳/甲烷的氣體分離，其二氧化碳的滲透通量為162.138×10^-10?cm³(STP)?cm/(cm²?s?cmHg)，二氧化碳對甲烷的選擇性為33.1。