[發明專利]一類可高效分離氣體的復合膜材料的制備方法

有效

• 申請號: 202011394138.6
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112717716B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 王博;馮霄;邵鵬鵬
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B01D69/12
• 分類號: B01D69/12;B01D67/00;B01D53/22
• 代理公司: 北京中南長風知識產權代理事務所(普通合伙) 11674
• 代理人: 穆麗紅

本發明的可高效分離氣體的復合膜材料及其制備方法，在兩種溶液中用連續液相浸漬法制備共軛微孔聚合物與有機聚合物的復合材料CMP@Polymer；用有機聚合物作為基底，預先浸漬到溶劑I中，再浸漬到溶劑II中，重復此操作至合成有效的膜材料；復合膜材料在水、乙酸乙酯、乙醇中浸泡洗滌重復浸泡洗滌后干燥；所述兩種溶液一種是由磺酸鹽化合物和溶劑I配置而成，另一種溶液是由醛基類芳香化合物、氨基類芳香化合物和有機溶劑II配置而成；此類復合膜材料是通過連續液相浸漬法合成的，該方法具有普適性，操作簡單，原料成本低廉，具有可大型加工性，而且通過控制反應物的濃度和連續浸漬次數、浸漬時間能夠對其氣體通量及選擇性進行調控。

技術領域

本發明屬于氣體分離領域，具體涉及復合膜氣體分離膜材料領域。

背景技術

氣體分離技術是利用不同氣體分子的尺寸、沸點、與主體材料的相互作用等的差異來實現氣體純化的技術。根據分離機理的不同，可以分為以下幾類：(1)變壓吸附，是利用不同氣體的沸點差異通過低溫精餾的方式實現氣體分子的分離，是目前工業上最常用的用于分體氣體分子的技術，但該方法耗能高、設備昂貴、維護成本高；(2)吸附式分離，該方法利用吸附劑與不同吸附質的相互作用強弱不同，實現氣體分子的分離，在達到吸附飽和時往往需要對吸附劑進行活化，無法實現連續操作，同時活化過程的高能耗也是亟需解決的問題；(3)膜分離，利用不同氣體分子通過膜材料的能力不同，實現不同氣體組分的分離，具有低成本、高效率、高選擇性等優勢。

根據膜材料的組成，可以將氣體分離膜材料分為以下幾類：(1)無機膜材料，該類材料對氣體組分具有高通量，但機械性能差，在制備或使用過程中遭遇碰撞等機械過程時其結構極易受損，使得該類材料難以大規模應用；(2)有機-無機雜化膜材料，該類材料通過向有機聚合物中加入無機填料的方式制得，具有較好的機械性能和分離性能，但存在通量-選擇性的博弈效應，同時無機填料和有機聚合物間的相分離會導致膜材料易老化，使得其使用壽命不足，實用性仍需進一步改進；(3)有機聚合物膜材料，利用純有機組分構成，具有良好的機械性能、以規模化制備等優勢，但也存在通量-選擇性的博弈效應和易老化的問題，為了進一步提高材料的性能，可以通過與有機多孔材料進行復合，實現材料性能的提升。

共軛微孔聚合物(CMP)是一類有機分子通過共價鍵構成的具有永久微孔孔道的共軛有機多孔材料，具有結構易修飾、微孔孔道發達、骨架結構穩定的特點，非常適用于氣體組分的分離。相對于其他膜分離材料，CMP具有以下優勢：(1)具有發達的微孔孔道，最接近氣體的分子尺寸，易實現具有高通量和高選擇性的尺寸篩分過程；(2)CMP的聚合物特性使其與聚合物基底材料具有良好的相容性，有效阻止老化現象的發生；(3)構成CMP的單體具有很強的可修飾性，易得到具有合理孔徑的多孔材料，進一步提高材料的氣體分離性能。(4)CMP自身具有穩定的骨架和堅固的孔道，可以優先避免因孔道坍塌造成通量降低的問題。但CMP自身具有不溶不熔的特性，難以制備成膜材料，極大地阻礙了其在氣體分離領域的發展。

發明內容

發明目的：為了顯著提高氣體分離的選擇性和滲透率，克服傳統聚合物膜材料選擇性和滲透率的博弈效應，同時避免膜材料在使用過程因老化造成的性能損失，本發明開發了一種連續液相浸漬法，實現了在超濾膜中原位快速聚合CMP，制備得到CMP@Polymer復合膜材料。

本發明的目的由以下技術方案實現。

一類可高效分離氣體的復合膜材料的制備方法，其特征在于：在兩種溶液A、B中用連續液相浸漬法制備共軛微孔聚合物與有機聚合物的復合材料CMP@Polymer；具體方法如下：

用有機聚合物作為基底，預先浸漬到溫度10℃～65℃溶液A中保持10秒-3小時，再浸漬到溶液B中保持10秒-3小時，重復此操作至合成有效的CMP@Polymer復合膜材料；

有效的CMP@Polymer復合膜材料在水、乙酸乙酯、乙醇中浸泡洗滌重復浸泡洗滌后在40℃～80℃下干燥，溶液A和溶溶液B不互溶；