[發(fā)明專利]用于氣體分離的高滲透率聚合物復(fù)合膜及其制備方法

有效

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• 申請日: 2019-11-15
• 公開（公告）號: CN110787663B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 喻桂朋;潘春躍;唐俊濤
• 申請（專利權(quán)）人: 江西金海新能源科技有限公司
• 主分類號: B01D71/82
• 分類號: B01D71/82;B01D69/12;B01D67/00;B01D53/22
• 代理公司: 長沙永星專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠

本發(fā)明提供了一種用于氣體分離的高滲透率聚合物復(fù)合膜，所述復(fù)合膜由偶氮橋接的固有微孔聚合物與聚芳醚砜酮復(fù)合而成。還提供了該復(fù)合膜的制備方法，方法包括將所述偶氮連接的固有微孔聚合物溶于有機(jī)溶劑中，再加入聚芳醚砜酮進(jìn)行攪拌，得到聚合物溶液；然后將聚合物溶液進(jìn)行過濾和除雜后倒入模具，經(jīng)干燥、去除殘余有機(jī)物、風(fēng)干和干燥得到。本申請合成了一種新的偶氮連接的固有微孔聚合物，將其摻入聚芳醚砜酮，提高了聚合物與高分子材料的相容性，得到的復(fù)合膜中聚合物獨特的孔道能夠為氣體分子提供一定的通道，使氧氣、氮氣、二氧化碳的氣體滲透性均得到了較大程度的提高，顯著提高了氣體的分離性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及膜材料及其分離技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于氣體分離的高滲透率聚合物復(fù)合膜及其制備方法。

背景技術(shù)

膜分離是當(dāng)今發(fā)展的最為高效的一種分離與濃縮技術(shù)，被公認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前途的高新技術(shù)之一，具有操作方便、分離效率高、占地面積小、能耗低和環(huán)境友好等優(yōu)點。在最近的二十年中，在氣體膜分離方面的研究非?；钴S，作為一種“綠色技術(shù)”，在與傳統(tǒng)的分離技術(shù)(吸附、吸收、深冷分離)的競爭中顯示出獨特的優(yōu)勢。當(dāng)前應(yīng)用于氣體膜分離領(lǐng)域的高分子膜材料有很多，如聚酰亞胺(PI)、聚砜(PS)、聚乙烯醇(PEG)、聚碳酸酯(PC)等。理想的氣體分離膜具有兩個特性，即擁有較大的氣體透過率與較高的氣體選擇性。首先，氣體透過率大可以顯著縮小氣體分離膜的面積，降低設(shè)備投入費(fèi)用；其次，高的氣體選擇性意味著可以提高產(chǎn)品的純度。所以同時具有高氣體透過率和較高氣體選擇性的分離膜是實現(xiàn)高效經(jīng)濟(jì)氣體膜分離過程的重要基礎(chǔ)。

高分子膜因為其低廉的成本和良好的加工性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域多種混合氣體的分離應(yīng)用，包括氫氣的回收等。Robeson分析了大量的高分子膜氣體分離數(shù)據(jù)，得到了一個結(jié)論，選擇性好的膜的透過率往往很小。這是因為常規(guī)高分子膜材料有著致密的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其滲透量很低。

傳統(tǒng)的復(fù)合膜是將無機(jī)材料摻雜到易制備、成本低的高分子中的一種復(fù)合膜材料，這種混合膜的優(yōu)勢是在于既保持了高分子膜成本低、易加工性能等優(yōu)點，又提升原有材料的分離性能。例如將分子篩與高分子混合，可以提升高分子材料的氣體透過率，但由于分子篩為純無機(jī)材料，其與高分子的結(jié)合性不好，需要對其進(jìn)行表面修飾來避免缺陷的產(chǎn)生，導(dǎo)致制備工藝復(fù)雜，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種用于氣體分離的高滲透率聚合物復(fù)合膜及其制備方法，其目的是為了增強(qiáng)聚合物與高分子材料的相容性，提高復(fù)合膜的分離性能。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種用于氣體分離的高滲透率聚合物復(fù)合膜，所述復(fù)合膜由偶氮連接的固有微孔聚合物與聚芳醚砜酮復(fù)合而成；所述偶氮連接的固有微孔聚合物為AZOPIM-2，所述AZOPIM-2具有式Ⅰ所示的結(jié)構(gòu)通式：

其中，n代表0～20的整數(shù)。

優(yōu)選地，所述偶氮連接的固有微孔聚合物與聚芳醚砜酮的質(zhì)量比為1:1～1:7。

優(yōu)選地，所述AZOPIM-2的制備方法包括如下步驟：

(1)將三蝶烯溶于有機(jī)溶劑中，加入濃硝酸進(jìn)行反應(yīng)，再經(jīng)過濾和干燥，得到2,6-二硝基三蝶烯；

(2)將步驟(1)所得2,6-二硝基三蝶烯與氯化銨溶于有機(jī)溶劑中，加入鋅粉進(jìn)行還原反應(yīng)，然后進(jìn)行過濾、洗滌和酸化，再加入重鉻酸鈉溶液進(jìn)行氧化反應(yīng)，最后經(jīng)過濾和干燥，得到2,6-二亞硝基三蝶烯；

(3)將2-(4-氨基苯甲酰)苯甲酸溶于有機(jī)溶劑，加入4-硝基苯肼進(jìn)行關(guān)環(huán)反應(yīng)，再加入鈀碳和水合肼進(jìn)行還原反應(yīng)，最后經(jīng)過濾得到二氮雜萘酮二胺；

(4)將步驟(2)所得2,6-二亞硝基三蝶烯與步驟(3)所得二氮雜萘酮二胺在室溫下溶于冰醋酸中，反應(yīng)析出沉淀，經(jīng)過濾和干燥后得到AZOPIM-2。