一种基于分子组装的聚吡咙/芳香聚酰胺复合膜的制备方法技术

一种基于分子组装的聚吡咙芳香聚酰胺复合膜的制备方法。本发明专利技术公开了一种制备聚吡咙/芳香聚酰胺复合膜的方法，其包含以下步骤：(1)芳香聚酰胺混合溶液的制备，包括芳香聚酰胺、有机溶剂、Zn1.5G1.5Y0.5O4.5纳米颗粒、氯化锂；(2)纺丝混合液的制备：将四胺单体和四酸单体加入(1)所得芳香聚酰胺混合溶液；(3)将(2)所得纺丝混合液进行静电纺丝，制得前驱体纳米纤维膜；(4)将(3)所得前驱体纳米纤维膜进行热处理，制得聚吡咙/芳香聚酰胺复合膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备高分子有机复合膜的方法。更具体地，本专利技术涉及一种基于静电纺丝技术的分子组装高分子有机复合膜的制备方法。
技术介绍
膜分离作为一项高效节能的新分离技术，半个世纪以来完成了从实验室到大规模工业应用的转变。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤简单、易于控制等特征，因此，已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。高分子有机膜在应用领域遇到的最大的问题是由于膜污染而造成的分离性能下降，因此对高分子有机膜改性增强其分离性能和抗污染性成为研究的主要方向。降低浓差极化，提高膜的抗污染性能和抗氧化性能，维持膜性能稳定并延长膜寿命是膜分离技术的发展主要动向之一。聚吡咙作为一种刚性的聚芳杂环大分子聚合物，具有良好的耐高温性、抗氧化性及拉伸强度，部分聚吡咙(BBB或BBL)的分解温度甚至超过700℃，能够形成高性能的高分子有机膜。但是聚吡咙难以熔融，也不溶于普通溶剂，其可加工性受到了极大的限制，同时对其应用的开发造成极大的阻碍。同样，其不溶不融的特性使得不能用熔融静电纺丝或溶液静电纺丝加工该类聚合物。传统制备聚吡咙粗纤维或薄膜是将其溶解在四甲酸、氯磺酸等超强质子酸中加工而得。另外，由酸酐和四胺单体聚合制备的羧酸胺盐溶液又极易出现凝胶现象，且不易保存，也难以用于静电纺丝。芳香聚酰胺是指至少85％的酰胺键和两个芳环相连的长链合成聚酰胺。该高分子材料具有良好的耐热性和润滑性能，由于其大分子主链存在苯环，将其制成膜可以有较好的耐压密性，且化学性能稳定，对于弱酸、弱碱及大部分有机溶剂有很好的抵抗性。但是芳香聚酰胺的耐光性能差，若在日光下暴晒，则强度明显下降，所以通常需要加入耐光剂防止此情况。因此非常需要一种能够制备聚吡咙/芳香聚酰胺复合膜的方法，既能够解决聚吡咙难以静电纺丝的问题，又能改善芳香聚酰胺耐光性差的问题，同时提高复合膜的抗污染性，维持分离性能。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种分子组装的聚吡咙/芳香聚酰胺复合膜的制备方法，利用该方法能够制备出性能优异的聚吡咙/芳香聚酰胺复合膜，并且制备出的复合膜可以在水处理分离领域维持较高的分离性能。本专利技术的一个方面提供一种基于分子组装的聚吡咙/芳香聚酰胺复合膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将芳香聚酰胺溶于有机溶剂中，搅拌中加入Zn1.5G1.5Y0.5O4.5纳米颗粒粉末，然后立即加入氯化锂后进行超声震荡，使Zn1.5G1.5Y0.5O4.5纳米颗粒分散于溶液中，制得芳香聚酰胺混合溶液；(2)将四酸和四胺单体加入所述芳香聚酰胺混合溶液中，制得纺丝混合溶液；(3)将(2)所述纺丝混合溶液进行静电纺丝，制得前驱体纳米纤维膜；(4)将(3)中所得前驱体纳米纤维膜真空干燥后进行热处理，制成聚吡咙/芳香聚酰胺复合膜。在一种实施方式中，所述芳香聚酰胺混合溶液中各组分的重量百分比如下：芳香聚酰胺5％～30wt.％，有机溶剂60％～85wt.％，Zn1.5G1.5Y0.5O4.5纳米颗粒0.1％～5wt.％，氯化锂3％～7wt.％。在一种实施方式中，所述芳香聚酰胺的分子量为20000～80000道尔顿。在一种实施方式中，所述有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、邻苯二甲酸二甲酯、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、二苯砜中的任意一种。在一种实施方式中，所述Zn1.5G1.5Y0.5O4.5纳米颗粒的粒径为30～60nm。在一种实施方式中，所述Zn1.5G1.5Y0.5O4.5的晶体属于六方晶系，底面为正六边形，边长为高度为Zn、Ga、Y、O形成六棱柱结构，Zn位于六棱柱的12个顶点和上下面心，O位于六棱柱的体心和竖着的六条棱边中点，Ga和Y无序分布于O形成的四面体空隙中，Ga和Y的比例为3∶1。在一种实施方式中，所述纺丝混合溶液中四酸和四胺的总浓度为30～35wt.％，四酸和四胺的摩尔比为0.5～2。在一种实施方式中，所述四酸单体为3，3’，4，4’-联苯四甲酸、3，3’，4，4’-二苯酮四甲酸、3，3’，4，4’-二苯醚四甲酸、3，3’，4，4’-二苯基甲烷四甲酸、3，3’，4，4’-双三氟甲基二苯基四甲酸、1，4，5，8-萘四甲酸、1，2，4，5-苯四甲酸、3，3’，4，4’-二苯硫醚四甲酸、3，3’，4，4’-三苯二醚四酸中的任意一种或几种组合。在一种实施方式中，所述四胺单体为3，3’，4，4’-联苯四胺、1，2，4，5-苯四胺、2，3，5，6，-四胺基吡啶、3，3’，4，4’-四氨基二苯硫醚、1，4-双(3’，4’-二氨基苯氧基)苯、1，3-双(3’，4’-二氨基苯氧基)苯、1，2-双(3’，4’-二氨基苯氧基)苯、4，4’-双(2-二氨基苯氧基)二苯砜、3，3’，4，4’-四氨基二苯砜、3，3’，4，4’-四氨基二苯甲酮、1，2，5，6-四氨基萘、3，3’，4，4’-四氨基二苯甲烷中的任意一种或几种组合。在一种实施方式中，所述热处理包括：将所述干燥后的前驱体纳米纤维膜置于130-150℃任一温度条件下处理50-80min；然后升温至280-320℃任一温度条件下处理50-70min；最后在470-550℃任一温度条件下退火10-20min；整个处理过程的升温速率为2～4℃/min。本专利技术的另一个方面涉及一种聚吡咙/芳香聚酰胺复合膜材料，该复合膜材料由本专利技术上述方法制备而成。参考以下详细说明更易于理解本申请的上述以及其他特征、方面和优点。具体实施方式参选以下本专利技术的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本公开内容。在以下说明书和权利要求书中会提及大量术语，这些术语被定义为具有以下含义。“任选的”或者“任选地”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本专利技术并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本专利技术不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。“聚合物”表示通过相同类型的单体或不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分子组装的聚吡咙/芳香聚酰胺复合膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将芳香聚酰胺溶于有机溶剂中，搅拌中加入Zn1.5G1.5Y0.5O4.5纳米颗粒粉末，然后立即加入氯化锂后进行超声震荡，使Zn1.5G1.5Y0.5O4.5纳米颗粒分散于溶液中，制得芳香聚酰胺混合溶液；(2)将四酸和四胺单体加入所述芳香聚酰胺混合溶液中，制得纺丝混合溶液；(3)将(2)所述纺丝混合溶液进行静电纺丝，制得前驱体纳米纤维膜；(4)将(3)中所得前驱体纳米纤维膜真空干燥后进行热处理，制成聚吡咙/芳香聚酰胺复合膜。

【技术特征摘要】
1.一种基于分子组装的聚吡咙/芳香聚酰胺复合膜的制备方法，包括以下步
骤：
(1)将芳香聚酰胺溶于有机溶剂中，搅拌中加入Zn1.5G1.5Y0.5O4.5纳米颗粒
粉末，然后立即加入氯化锂后进行超声震荡，使Zn1.5G1.5Y0.5O4.5纳米颗粒分散于
溶液中，制得芳香聚酰胺混合溶液；
(2)将四酸和四胺单体加入所述芳香聚酰胺混合溶液中，制得纺丝混合溶
液；
(3)将(2)所述纺丝混合溶液进行静电纺丝，制得前驱体纳米纤维膜；
(4)将(3)中所得前驱体纳米纤维膜真空干燥后进行热处理，制成聚吡咙
/芳香聚酰胺复合膜。
2.根据权利要求1所述的一种基于分子组装的聚吡咙/芳香聚酰胺复合膜的
制备方法，其中所述芳香聚酰胺混合溶液中各组分的重量百分比如下：芳香聚酰
胺5％～30wt.％，有机溶剂60％～85wt.％，Zn1.5G1.5Y0.5O4.5纳米颗粒0.1％～
5wt.％，氯化锂3％～7wt.％。
3.根据权利要求1所述的一种基于分子组装的聚吡咙/芳香聚酰胺复合膜的
制备方法，其中所述芳香聚酰胺的分子量为20000～80000道尔顿。
4.根据权利要求1所述的一种基于分子组装的聚吡咙/芳香聚酰胺复合膜的
制备方法，其中所述有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、邻苯二甲
酸二甲酯、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、二苯砜中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于分子组装的聚吡咙/芳香聚酰胺复合膜的
制备方法，其中所述Zn1.5G1.5Y0.5O4.5纳米颗粒的粒径为30～60nm。
6.根据权利要求1所述的一种基于分子组装的聚吡咙/芳香聚酰胺复合膜的
制备方法，其中所述Zn1.5G1.5Y0.5O4.5的晶体属于六方晶系，底面为正六边形，边
长为高度为Zn、Ga、Y、O形成六棱柱结构，Zn位于六棱柱的
12个顶点和上下面心，O位于六棱柱的体心和竖着的六条棱边...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯豪情，张和安，简少菊，朱健，廖孝剑，叶婉，冯艳，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：江西;36