[發明專利]一種用于氣體分離膜的聚酰亞胺納米微球

有效

• 申請號: 202010596354.2
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111875796B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 張清華;徐小塵;趙昕;董杰;方玉婷
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C08G73/10
• 分類號: C08G73/10;C08J3/12;B01D46/54;C08L79/08
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 宋旭;黃志達

本發明涉及一種用于氣體分離膜的聚酰亞胺納米微球，所述聚酰亞胺微球通過離子化聚酰亞胺納米微球獲得。本發明克服了現有聚酰亞胺分離膜穩定性不好，分離效果差的缺陷，能在不影響聚酰亞胺分離膜的力學性能，熱穩定性的同時提升其氣體分離性能。

技術領域

本發明屬于功能性納米微球領域，特別涉及一種用于氣體分離膜的聚酰亞胺納米微球。

背景技術

膜分離技術是一種高效，節能的分離和濃縮技術，廣泛地應用于環保，化工，醫藥，食品等多個領域。由于該技術具有操作簡單，節能環保等優勢，發展前景備受關注。

隨著工業化進程的深入，化石燃料的燃燒帶來了一系列環境問題。溫室效應，海平面上升，氣候逐漸惡劣引起了人們的警覺。利用膜分離技術分離氣體中的CO2，回收沼氣中的CH4作為一種可行且有效的方法進入了人們的視野。20世紀80年代到90年代出現了工業規模的氣體膜分離技術，其中最重要的是1979年美國Monsanto公司用于氫/氧分離的Prism系統的建立。膜氣體分離的基本原理是利用各組分氣體透過分離膜時，其溶解，擴散系數不同而達到分離目的。

聚酰亞胺是分子結構中含有酰亞胺環的芳雜環高分子化合物，具有良好的力學性能和熱穩定性，不易斷裂分解。因此，對于其他的氣體分離膜，用聚酰亞胺制備的氣體分離膜具有優良的力學性能和耐熱性能。但是，目前商業化的聚酰亞胺膜氣體滲透系數太低。

為了解決這一問題，有研究在聚酰亞胺膜中加入MOF，COF，離子液體等有機或無機的納米顆粒或液體以提高氣體分離性能。但是，MOF，COF和基底的相容性一般不佳，產生的界面嚴重地制約了其在氣體分離性能地應用，而離子液體是小分子，其耐溶劑性能和耐熱性能較差，限制了其在氣體分離中的應用。

文獻(Membranes 2019,9(7).)將離子液體直接混入了聚酰亞胺膜中提升了氣體分離性能，但是膜的玻璃化轉化溫度從208.5℃下降到185.2℃。

文獻(Eur Polym J 2013,49(2),482-491.)中在聚酰亞胺中加入離子液體提升氣體分離性能，膜的玻璃化轉化溫度從296℃下降到了177℃。

專利CN201610321198.2以β-環糊精季銨化離子液體與芳香族二胺單體形成的包合物為基礎，合成含有一定含量的β-環糊精季銨化離子液體的超分子化聚酰亞胺膜材料以提升膜的氣體分離性能，但是沒有解決小分子易分解的問題，膜的熱穩定性不佳。

專利CN201910804818.1利用胺基化功能離子液體，先進行聚酰亞胺接枝，再制備出接枝型離子液體聚酰亞胺膜，將離子液體結構結合進高分子中，雖然解決了熱穩定性不足的問題，但是對分離性能的提升并不明顯。

因此，現在急需一種能夠在提高聚酰亞胺膜氣體分離性能的同時，又不影響其熱穩定性的納米顆粒的制備方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種用于氣體分離膜的聚酰亞胺納米微球，克服現有聚酰亞胺分離膜穩定性不好，分離效果差的缺陷，提供一種用于氣體分離膜的含有離子液體結構的聚酰亞胺納米微球的制備方法及應用。

本發明的一種如下列結構所示的聚酰亞胺納米微球，所述結構式為：

其中n＝25～100。

本發明的一種聚酰亞胺納米微球的制備方法，包括：

在0～5℃氮氣保護下，將摩爾比1：0.95～1.05的含咪唑二胺單體與二酐單體加入到溶劑中，在氮氣保護下攪拌4～8h后的到聚合物原液，然后水熱反應，過濾，洗滌，烘干，得到含咪唑聚酰亞胺微球。

上述制備方法的優選方式如下：

所述含咪唑二胺單體由下列方法制備：