一种促进传递型气体分离膜材料组合物及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种促进传递型气体分离膜材料组合物及制备方法。涉及气体分离膜材料领域。该材料的基本组成为：5～10wt％聚乙烯醇，10～50wt％沸石分子筛，5～50wt％聚酰胺‑胺树形分子(PAMAM)。其制备方法为：将PVA溶解在去离子水中，机械搅拌。待其完全溶解后加入经过超声分散的沸石分子筛，搅拌一定时间后加入PAMAM，流延成膜。该材料制备方法简便，无污染，符合绿色环保的要求。

Material composition for promoting transfer gas separation membrane and preparation method thereof

The invention relates to a material composition for promoting transfer gas separation membrane and a preparation method thereof. It relates to the field of gas separation membrane material. The basic composition of the material is 5 to 10wt% polyvinyl alcohol, 10 to 50wt% zeolite molecular sieve and 5 to 50wt% polyamide amine amine dendrimer (PAMAM). The preparation method is that PVA is dissolved in deionized water and mechanically stirred. After being dissolved completely, the zeolite molecular sieve with supersonic dispersion was added and stirred for a certain time and then added to PAMAM. The preparation method is simple, pollution-free and meets the requirements of green environmental protection.

【技术实现步骤摘要】
一种促进传递型气体分离膜材料组合物及制备方法一、
：本专利技术涉及一种促进传递型气体分离膜材料组合物及制备方法，更具体地说，涉及一种包括多孔无机材料，树状大分子胺源的气体吸附分离材料及制备方法。二、
技术介绍
：目前我们在工业、生活领域中对石油、天然气、煤等燃料的需求日益增多，这些燃料在燃烧过程中产生的废气成为全球关注的焦点。上述废气中含有大量二氧化碳，而二氧化碳浓度增加又会导致温室效应。又如，许多工业上排放的废气中还可能包含硫氧化物、氮氧化物、硫化氢等其它有毒气体，若直接排放到大气中将对环境会造成严重污染。因此怎样处理产生的废气或混合气中的二氧化碳或其它有毒气体将是一个亟待解决的问题。气体膜分离是一个活跃的并且发展迅速的领域，不同于传统的气体分离方法，膜分离技术有很多优点，如运营成本低、能耗低和易于操作等。在近20年中，利用膜分离气体混合物已经从一个实验室的研究变成了一种发展迅速且经济可行的的分离方法。传统的有机膜具有柔韧性良好、透气性高、密度低的优点，但由于其存在着不耐高温、易软化、耐溶剂、耐腐蚀、耐温度性都较差的问题，因此限制了它的广泛应用。而单纯无机膜虽然强度高、耐腐蚀、耐溶剂、耐高温，但比较脆，不易加工。因而制备一种兼具两者优点的膜是当前研究的热点。针对杂化膜加入无机组分有两个作用：一是高聚物和无机组分间的相互作用降低了高分子链段的流动性，抑制了链段的堆积，当高聚物具有高的玻璃化温度和大的链间空隙，膜表现出较好的选择性和渗透性；二是无机相上剩余的羟基和极性气体作用，提高了膜对气体的溶解性，提高此种气体分子的渗透通量；同时也可调整膜的结构，控制气体分子的扩散，从而提高气体分离膜的分离性能和应用价值。有机无机杂化膜分离材料，兼有有机膜高气体分离性能和无机膜耐高温等优点，给人们展示了非常有希望的前景，是膜材料发展趋向之一。无机分子筛(比如沸石和碳分子筛)的渗透性和选择性均明显高于有机聚合物膜，是分离气体的优良材料。由于分子筛内部的孔径非常狭窄且尺寸精确，因此它们能够筛分不同形状的气体分子。大小不同的气体分子接触到沸石分子筛后，大分子被截留，而小分子通过孔道，从而拥有良好的选择性。由于沸石分子筛具有独特的笼型结构，故在气体分离方面应用广泛。Mahajan等制备了聚合物/4A沸石杂化膜，聚合物包括聚醋酸乙烯(PVAc)，聚醚酰亚胺(PEI)，聚酰亚胺(PI)等。随着聚合物基质中沸石添加量的增加，杂化膜的O2/N2选择性几乎达到了纯聚合物膜的2倍。PAMAM是目前研究最为广泛、成熟的树枝状大分子之一。它既具有树状大分子的共性，又具有自身独特的特点：其具有高支化度、对称呈辐射状的结构，表面胺基(-NH2)基团密度高，PAMAM分子能提供大量的伯胺和仲胺反应活性点，与CO2反应化合，还具有良好的流体力学性能及容易成膜特性，因此PAMAM具有广泛的应用和发展空间。Sirkar等报道了以PAMAM作促进传递膜时在常压下具有优异的CO2/N2分离选择性。Kouketsu等利用原位改性方法，用PAMAM树形分子以界面沉淀的方法制备了一种适于CO2分离的新型中空纤维薄膜。本专利技术旨在解决环境问题，通过结合有机-无机材料的优点，制备出性能良好的气体分离膜材料。三、
技术实现思路
：为了提高CO2渗透及分离性能，本专利技术提供了一种促进传递型气体分离膜材料组合物及制备方法，这种材料具有良好的环境友好性，耐高温性和气体分离性。本专利技术所采用的技术方案为：气体分离膜材料，其特征在于它的基本组成为：5-10wt％聚乙烯醇，沸石/PVA质量比为5-50wt.％的沸石，PAMAM/PVA质量比为5-50wt.％的聚酰胺-胺树形分子。本专利技术提供的制备促进传递型气体分离膜材料组合物的具体步骤如下：在90℃将聚乙烯醇溶解在去离子水中，剧烈搅拌1-2h。待其完全溶解后分次加入经过超声分散的沸石，搅拌一定时间后将温度降至室温加入PAMAM，机械搅拌3-4h，静置脱泡，流延成膜。四、附图说明：附图为本专利技术实施例1-6及比较例制得的气体分离膜CO2/N2分离因子。CO2/N2分离因子随着PAMAM含量的增加而增加。当PAMAM含量小于25wt.％，CO2/N2分离因子随进气压力的增加线性增加；当PAMAM含量大于25wt.％，CO2/N2分离因子随进气压力的增加而降低。五、具体实施方式：下面通过实施例对本专利技术进行具体的描述，有必要再指出的是本实施例只用于对本专利技术进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制。实施例1将PAMAM/PVA质量比为50％沸石溶液超声10-20min后分三次加入到5％聚乙烯醇水溶液中，90℃反应2h，温度降至40℃，加入0.5gPAMAM，机械搅拌4h，静止脱泡，将成膜液涂覆到聚醚砜基膜上，利用刮膜器得到厚度为200nm的气体分离膜。实施例2将PAMAM/PVA质量比为50％沸石溶液超声10-20min后分三次加入到5％聚乙烯醇水溶液中，90℃反应2h，温度降至40℃，加入1gPAMAM，机械搅拌4h，静止脱泡，将成膜液涂覆到聚醚砜基膜上，利用刮膜器得到厚度为200nm的气体分离膜。实施例3将PAMAM/PVA质量比为50％沸石溶液超声10-20min后分三次加入到5％聚乙烯醇水溶液中，90℃反应2h，温度降至40℃，加入1.5gPAMAM，机械搅拌4h，静止脱泡，将成膜液涂覆到聚醚砜基膜上，利用刮膜器得到厚度为200nm的气体分离膜。实施例4将PAMAM/PVA质量比为50％沸石溶液超声10-20min后分三次加入到5％聚乙烯醇水溶液中，90℃反应2h，温度降至40℃，加入2gPAMAM，机械搅拌4h，静止脱泡，将成膜液涂覆到聚醚砜基膜上，利用刮膜器得到厚度为200nm的气体分离膜。实施例5将PAMAM/PVA质量比为50％沸石溶液超声10-20min后分三次加入到5％聚乙烯醇水溶液中，90℃反应2h，温度降至40℃，加入2.5gPAMAM，机械搅拌4h，静止脱泡，将成膜液涂覆到聚醚砜基膜上，利用刮膜器得到厚度为200nm的气体分离膜。实施例6将PAMAM/PVA质量比为50％沸石溶液超声10-20min后分三次加入到5％聚乙烯醇水溶液中，90℃反应2h，温度降至40℃，加入3gPAMAM，机械搅拌4h，静止脱泡，将成膜液涂覆到聚醚砜基膜上，利用刮膜器得到厚度为200nm的气体分离膜。比较例将PAMAM/PVA质量比为50％沸石溶液超声10-20min后分三次加入到5％聚乙烯醇水溶液中，90℃反应2h，静止脱泡，将成膜液涂覆到聚醚砜基膜上，利用刮膜器得到厚度为200nm的气体分离膜。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种促进传递型气体分离膜材料组合物及制备方法，其特征是：在聚乙烯醇基体间引入促进传递的功能性基团和沸石，所述促进传递型功能性基团是由含有胺官能团的氨基单元的高分子，氨基单元与CO2发生活性反应，提高CO2传递效率，所述促进传递的物质还有含有主晶穴为α笼和八面沸石笼的并含有一定功能基团的沸石。

【技术特征摘要】
1.一种促进传递型气体分离膜材料组合物及制备方法，其特征是：在聚乙烯醇基体间引入促进传递的功能性基团和沸石，所述促进传递型功能性基团是由含有胺官能团的氨基单元的高分子，氨基单元与CO2发生活性反应，提高CO2传递效率，所述促进传递的物质还有含有主晶穴为α笼和八面沸石笼的并含有一定功能基团的沸石。2.根据权利要求1所述的促进传递型功能基团是含有氨基单元的高分子材料：聚酰亚胺、聚酰胺-胺型树状大分子(PAMAM)、聚乙烯亚胺中的一种或多种组合，其中优选PAMAM。3.根据权利要求1所述的PAMAM，其特征是表面氨基(-NH2)基团密度高，PAMAM分子能提供大量的伯胺和仲胺反应活性点，随着代数增长，可形成具有内部空腔和大量分支的球形结构，而且PAMAM的化学结构及尺寸可以在合成的过程中加以控制，选用PAMAM的代数为0-5，作为优选，选择1.0代PAMAM。4.根据权利要求1所述沸石，其特征是主晶穴为α笼和八面沸石笼，是3A、4A、5A、13X、Y或者沸石分子筛的一种或多种。5.根据权利要求1所述的沸石分子筛是Y型，沸石分子筛中所含的功能基团为阳离子，所述的阳离...

【专利技术属性】
技术研发人员：项爱民，秦亚楠，田华峰，
申请(专利权)人：北京工商大学，
类型：发明
国别省市：北京,11