[發明專利]一種片層狀聚酰亞胺納米花-聚酰胺復合膜及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202310243571.7
• 申請日: 2023-03-14
• 公開（公告）號: CN116078181A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 薛立新;黃菲;羅伶萍;王慧敏;劉夢嬌;朱泰忠;張良
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01D69/12
• 分類號: B01D69/12;B01D69/10;B01D69/02;B01D71/56;B01D67/00;B01D53/22;B01D53/26;F24F3/147
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳升華

本發明公開了一種具有片層狀結構的聚酰亞胺納米花?聚酰胺復合膜及其制備方法與應用，具體包括：選用芳香族二胺與芳香族二酐通過水熱法制備具有緊密片層結構的類花狀聚酰亞胺顆粒；通過浸泡堿液或者高溫處理的方法，調控納米花的亞胺化程度；將所得的納米花均勻分散于酰氯油相溶液中，通過界面聚合過程將其引入至聚酰胺分離層中，即得聚酰亞胺納米花?聚酰胺復合型膜材料。該制備方法可確保有機納米粒子的負載與界面聚合反應同步進行，有效避免了顆粒團聚和界面缺陷。同時，所制備的復合膜材料擁有優異的透濕阻氣性能。本發明可以應用于空氣能量回收，空調暖通能量回收，室內空氣凈化，空氣除濕與熱濕回收，化工環保領域。

技術領域

本發明屬于透濕阻氣與熱回收領域，具體涉及高阻氣高透濕高能量回收的聚酰亞胺-聚酰胺復合膜及其制備方法與應用。

背景技術

隨著社會的發展，提倡發展低碳經濟，節能減排顯得越來越重要。世界上大部分能源消耗由工業和建筑產生，其中建筑能耗占社會總能耗的1/3，而采暖空調在建筑使用過程中所消耗的能源占總能耗的65％左右，新風負荷又占空調系統的30％以上(Build.Environ,2020,168:1-16)。新風系統作為空調系統的重要組成，排風中擁有大量能量，因此，減少新風系統能耗對節約能源有重要意義(Renew.Sust.Energ.Rev,2022,167:112669)。

目前市場上用于新風系統能量回收的全熱交換組件通常采用轉輪式和聚合物膜式。全熱交換由顯熱交換和潛熱交換組成。室內外的顯熱交換由二者溫差驅動。潛熱交換則是由水分子經溶解擴散從聚合物膜高濕度側傳向低濕度側。市面上應用于熱回收系統的商業紙膜有較好的溫濕度交換效率，焓交換效率，但幾乎沒有阻氣性能，無法阻隔排風中的CO₂等廢氣，易造成交叉污染(建筑科學,2017,33(8):17-22)。因此在保證熱交換器擁有高能量回收率的前提下，如何進一步提升膜組件的透濕阻氣性能成為了研究核心。

聚酰胺、聚乙烯醇、殼聚糖和纖維素等具有親水基團的有機高分子材料已被用于構建高透濕的全熱交換膜，然而他們仍面臨著阻氣性能低下這一瓶頸問題(J.Membr.Sci,2011,367(1-2):182-189；J.Membr.Sci,2022,662:120956)。

因此，現階段的全熱交換膜普遍存在著阻氣與透濕、阻氣與能量回收率之間的博弈(“trade-off”)效應，即無法同時滿足高阻氣性、高透濕性與熱回收效率。由此可見，高分子膜材料在全熱交換、熱回收新風系統、節能減排上有積極的發展前景，開發兼具高阻氣性、優異透濕性、超高能量回收率的隔膜材料至關重要。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的是提供一種具有高阻氣特性，同時具有良好透濕性能和能量回收效率的片層狀聚酰亞胺納米花-聚酰胺復合膜及其制備方法與應用，主要用于解決全熱交換、新風系統領域的相關商業膜阻氣性差的問題。

本發明旨在采用不同結構的芳香族二胺與芳香族二酐通過水熱法制備具有片層結構的聚酰亞胺納米花。利用其阻氣分離特性及與高分子基體優良的兼容性，在多孔支撐材料上參與聚酰胺分離層的界面聚合。本發明制備的片層狀聚酰亞胺納米花-聚酰胺復合膜具有超高的阻氣(CO₂)性能、高透濕性能以及良好的熱回收效率。本發明在空氣能量回收，空調暖通能量回收、室內空氣凈化、空氣除濕與熱濕回收等領域具有良好的應用前景。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種片層狀聚酰亞胺納米花-聚酰胺復合膜，所述復合膜是由聚合物多孔支撐層，聚酰胺活性分離層和片層狀聚酰亞胺納米花組成。納米花參與聚酰胺的交聯聚合，呈嵌入態“鉚”定于分離層表面。

所述的聚合物多孔支撐層為聚酯、聚烯烴、尼龍中的一種；表面涂覆聚砜層。

所述的聚酰胺分離層是在支撐層表面先后浸潤水相單體、油相單體，通過界面聚合與熱固化制得。