一种含氨基的可交联聚芳醚砜及其制备方法和用途技术

一种含氨基的可交联聚芳醚砜及其制备方法和气体分离膜的用途，属于聚合物纳米复合材料领域。所解决的问题是现有的气体分离膜存在的气体渗透性和分离性能不能兼顾的问题，通过利用本发明专利技术中所提供的一种分子侧链带有苯氨基和丙烯基的可交联聚芳醚砜与N-甲基吡咯烷酮混合后浇注成膜或者与N-甲基吡咯烷酮混合时加入过氧化苯甲酰后浇注成热交联膜，另外也可通过加入多壁碳纳米管而形成混合基质膜或者混合基质热交联膜。本发明专利技术由于含有的氨基可以与碳纳米管的羧基发生氢键相互作用，碳纳米管在聚合物中更均匀地分散，两相界面具有很好的粘合力，从而混合基质膜的气体渗透性和选择性得到了提高。本发明专利技术用于制备气体分离膜及气体分离。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种含氨基的可交联聚芳醚砜及其制备方法和气体分离膜的用途，属于聚合物纳米复合材料领域。所解决的问题是现有的气体分离膜存在的气体渗透性和分离性能不能兼顾的问题，通过利用本专利技术中所提供的一种分子侧链带有苯氨基和丙烯基的可交联聚芳醚砜与N-甲基吡咯烷酮混合后浇注成膜或者与N-甲基吡咯烷酮混合时加入过氧化苯甲酰后浇注成热交联膜，另外也可通过加入多壁碳纳米管而形成混合基质膜或者混合基质热交联膜。本专利技术由于含有的氨基可以与碳纳米管的羧基发生氢键相互作用，碳纳米管在聚合物中更均匀地分散，两相界面具有很好的粘合力，从而混合基质膜的气体渗透性和选择性得到了提高。本专利技术用于制备气体分离膜及气体分离。【专利说明】
本专利技术属于聚合物纳米复合材料的
，具体涉及一种聚合物碳纳米管复合膜及其制备方法和用途。
技术介绍
膜分离技术具有高效、环保和节能等优点，被认为是继低温精馏法和变压吸附法之后最具有发展前景的第三代气体分离技术。按照材质可将气体分离膜分为无机膜、聚合物有机膜和混合基质膜三类。无机膜具有气体渗透系数高、选择性好、热稳定性优良、化学性质稳定和机械强度高等优点，但同时也存在着制造成本相对昂贵，表面基团单一以及质脆不易加工等缺点，因而不适合规模化生产。聚合物膜具有易加工、成本低廉等优点，在过去的30年中广泛地用于工业气体分离中，与无机膜相比存在着渗透速率低、选择性差、不耐高温、抗腐蚀性差等缺点，这也限制了其进一步应用。而混合基质膜综合二者的优点，在提高气体渗透系数的同时仍能保持良好的选择性，有望突破Robeson上限，从而获得性能优异的膜材料。混合基质膜将无机填料均匀地分散在聚合物中，从而集中了无机相突出的分离性能及聚合物优良的机械与加工性能，是近年来气体分离膜研究的热点领域。混合基质膜气体分离性能的提高主要通过以下三种方式:首先，填料粒子可改善相邻聚合物相的性质，使其更有利于气体的传输；其次，填料粒子可能改变其表面聚合物链的的堆积、动力学或构象，因而对于大尺寸渗透物有着更好的渗透性及选择性；最后，聚合物和无机填料间良好的界面相互作用有利于改善膜的选择性。混合基质膜常用的基体包括聚酰亚胺(PD、醋酸纤维素(CA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPO)、聚酰亚胺(PA)、聚砜(PSF)等；常用的无机填料包括金属有机骨架(MOFs)、沸石分子筛、碳分子筛、层状硅酸盐和碳纳米管(CNTs)等。目前，随着科学技术的进步，气体分离膜的发展面临两个严峻的挑战:其一是在更大的程度上提高膜的气体渗透性和选择性，其二是在高温高压等苛刻的环境下气体分离膜仍然能有良好的气体分离能力。自从1991年日本Iijima教授利用透射电镜发现碳纳米管以来，碳纳米管的应用及改性已经引起了广泛的关注。碳纳米管具有优异的力学、电学以及化学性能，迅速成为化学、物理以及材料科学领域的研究热点。碳纳米管具有一维结构和极小的管径，对气体有很好的选择性，并且由于碳纳米管内壁是光滑的孔道结构，气体在碳纳米管内的传输速率远大于相同孔径分子筛膜中的传输速率，因而被认为在气体分离方面有着潜在的应用。聚砜类聚合物是一类重要的商用气体分离膜材料，它具有优异的机械性能、广泛的操作温度，良好的耐热、耐水解性、耐化学性以及简单易行的成膜方式。Kim等人在J.Membrane Sc1.294 (2007) 147-158上发表研究结果，他先将羧化单壁碳纳米管与十八烷基胺(ODA)酸碱反应，而后将其掺杂进聚砜(PSF)基体制成混合基质膜，气体渗透系数有所提高，但是选择性均比聚砜膜有不同程度降低。
技术实现思路
为了克服现有的气体分离膜所存在的不能同时提高气体渗透系数和选择性系数的问题，本专利技术提供了一种含氨基的可交联聚芳醚砜及其制备方法，以及利用其制备气体分离膜的方法。本专利技术的含氨基的可交联聚芳醚砜，其分子侧链带有苯氨基和丙烯基，其分子结构式为:【权利要求】1.一种含氨基的可交联聚芳醚砜，其特征在于，其分子结构式为: 2.一种制备如权利要求1所述的含氨基的可交联聚芳醚砜的方法，其制备方法如下: 一、以3，3’- 二烯丙基联苯二酚，4-氨基苯基对苯二酚，联苯二酚，4，4’ - 二氯二苯砜为原料，以无水碳酸钾为成盐剂，以甲苯为带水剂，以环丁砜作为溶剂；按照4-氨基苯基对苯二酚、3，3- 二烯丙基联苯二酚与联苯二酚的摩尔数之和与4，4’ - 二氯二苯砜、成盐剂的摩尔数比为1:1~1.04:1~1.5，且4-氨基苯基对苯二酚、3，3- 二烯丙基联苯二酚和联苯二酚的摩尔数之比为0.1:0~0.2:0.9~0.7称量以上药品； 二、在带有分水器的反应容器中加入原料、成盐剂、带水剂，加入溶剂，搅拌并带水2~5小时后，将带水剂蒸出，150~180°C反应4~10小时；反应结束后将产物倾入O~30°C的水中，经粉碎，得到粉末状样品，用蒸馏水煮沸洗涤除去无机盐，用乙醇洗去溶剂及有机物杂质，干燥后得灰白色粉末。3.—种如权利要求1的含氨基的可交联聚芳醚砜的用途，制备含氨基可交联聚芳醚砜膜或含氨基可交联聚芳醚砜热交联膜。4.按照权利要求3所述的含氨基的可交联聚芳醚砜的用途，其特征在于，所述的制备含氨基可交联聚芳醚砜膜，有以下步骤:含氨基可交联聚芳醚砜与N-甲基吡咯烷酮按质量体积比1:10~20g/mL混合，形成均匀溶液，然后将溶液浇铸成膜，干燥后得到含氨基的可交联聚芳醚砜膜。5.按照权利要求3所述的含氨基的可交联聚芳醚砜的用途，其特征在于，所述的制备含氨基可交联聚芳醚砜热交联膜，有以下步骤:将含氨基可交联聚芳醚砜与N-甲基吡咯烷酮按质量体积比为1:10~20g/mL混合，固体完全溶解时向溶液中填加与含氨基可交联聚芳醚砜的质量比为1:19~99的过氧化苯甲酰，待过氧化苯甲酰完全溶解后将混合溶液浇铸成膜，将所得膜在惰性气体保护下150~200°C加热1.5~2h，即得到含氨基可交联聚芳醚砜热交联膜。6.一种如权利要求1的含氨基的可交联聚芳醚砜的用途，以含氨基可交联聚芳醚砜为基体，以羧酸修饰的碳纳米管为填料，制备含氨基可交联聚芳醚砜/碳纳米管气体分离混合基质膜或含氨基可交联聚芳醚砜/碳纳米管气体分离混合基质热交联膜。7.按照权利要求6所述的含氨基的可交联聚芳醚砜的用途，其特征在于，所述的制备含氨基可交联聚芳醚砜/碳纳米管气体分离混合基质膜，有以下步骤:以含氨基可交联聚芳醚砜为基体，以羧酸修饰的碳纳米管为填料，羧酸修饰的碳纳米管与N-甲基吡咯烷酮按质量体积比1:200~700g/mL混合并超声分散4~8h ;同时将功能化聚芳醚砜与N-甲基吡咯烷酮按质量体积比1:10~20g/mL混合完全溶解，再将上述两种溶液混合后继续超声至均匀混合，然后将混合溶液浇铸成膜，干燥后取下，即得到一种含氨基可交联聚芳醚砜/碳纳米管气体分离混合基质膜；其中羧酸修饰的碳纳米管与聚芳醚砜的用量质量比为I~`3:97 ~99。8.按照权利要求6或7所述的含氨基的可交联聚芳醚砜的用途，其特征在于，所述的含氨基可交联聚芳醚砜/碳纳米管气体分离混合基质膜，材料的组成成分是含氨基可交联聚芳醚砜和羧化碳纳米管，按两者质量分数和为100%计算，碳纳米管占1%~3%，其余为含氨基可交联聚芳醚砜。9.按照权利要求6所述的含氨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含氨基的可交联聚芳醚砜，其特征在于，其分子结构式为：其中，0<n≤0.3，0.6≤m<0.9。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨延华，张航，刘韬，苏宇，于洪洋，姜振华，王贵宾，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22