一种聚乙烯胺/互穿网络结构碳复合材料混合基质膜的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种聚乙烯胺/互穿网络结构碳复合材料混合基质膜的制备方法及应用。其制备方法包括：羧基化多壁碳纳米管和苯胺在稀盐酸溶液中，在引发剂和超声的作用下制备聚苯胺表面修饰的碳纳米管，命名为聚苯胺@碳纳米管复合材料；将纤维状的聚苯胺@碳纳米管复合材料插层到氧化石墨烯的片层之间，制得聚苯胺@碳纳米管/氧化石墨烯互穿网络结构碳复合材料；将制备的聚苯胺@碳纳米管/氧化石墨烯互穿网络结构碳复合材料和聚乙烯胺在水溶液中超声分散制得均相铸膜液，最后在多孔支撑滤膜表面涂覆成膜。本发明专利技术所得混合基质膜在水相中合成，对酸性气体亲和性好。该膜制备工艺绿色环保、具有较高的CO2渗透选择性和良好的稳定性。

Preparation and application of a polyvinylamine/interpenetrating network carbon composite matrix film

The invention discloses a preparation method and application of a polyvinylamine/interpenetrating network structure carbon composite composite mixed matrix film. The preparation methods include: carboxylated multi-walled carbon nanotubes and aniline were prepared in dilute hydrochloric acid solution, polyaniline surface-modified carbon nanotubes were prepared under the action of initiator and ultrasound, named polyaniline @ carbon nanotubes composite materials; the fibrous polyaniline @ carbon nanotubes composite materials were intercalated between the layers of graphene oxide to prepare polyaniline @ carbon nanotubes / graphene oxide interpenetrating. Polyaniline @ carbon nanotubes / graphene oxide interpenetrating network carbon composites and polyvinylamine were dispersed in aqueous solution by ultrasound to prepare homogeneous casting solution. Finally, the film was coated on the surface of porous support filter membrane. The mixed matrix membrane synthesized by the invention in water phase has good affinity to acid gas. The membrane preparation process is green, environmentally friendly, with high CO2 permeation selectivity and good stability.

【技术实现步骤摘要】
一种聚乙烯胺/互穿网络结构碳复合材料混合基质膜的制备方法及应用
本专利技术涉及一种聚乙烯胺/互穿网络结构碳复合材料混合基质膜的制备方法及应用，属于气体膜分离

技术介绍
固定载体膜是一种新型CO2分离膜，可以同时具有高的CO2渗透性和选择性。聚乙烯胺由于含有可与CO2发生可逆反应的胺基，是一种常用的固定载体膜材料。以聚乙烯胺为分离层、聚砜膜为支撑层制备的复合膜具有较高的CO2渗透选择性能，然而要实现气体分离膜的大规模应用，仍需进一步提高其渗透选择性能。近几年来，高分子－无机混合基质膜由于兼具高分子和无机膜材料的优点，且具有共混后衍生的优势，逐步成为膜和膜过程领域的前沿。石墨烯材料是一种具备超薄片层结构、机械和热稳定性良好的碳材料。其来源广泛，有望将其制备成膜材料，大规模应用。所制备的膜由于层间距不可控，致使膜的尺寸筛分能力差、选择性不高。小分子在膜内多以物理机制实现分离，气体分子在膜内的溶解－扩散需要协同调控。通过引入一维碳纳米管可以有效地抑制氧化石墨烯片层的堆叠，形成具有三维互穿网络结构膜。此外，在氧化石墨烯片层间插入适量的聚苯胺修饰的碳纳米管不仅可以有效扩大氧化石墨烯的层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚乙烯胺/互穿网络结构碳复合材料混合基质膜的制备方法，其特征在于：首先在稀盐酸溶液中，将羧基化多壁碳纳米管和苯胺在引发剂和超声的作用下制备聚苯胺表面修饰的碳纳米管复合材料，命名为聚苯胺@碳纳米管复合材料；然后将聚苯胺@碳纳米管复合材料插层到氧化石墨烯的片层之间，制得聚苯胺@碳纳米管/氧化石墨烯互穿网络结构碳复合材料；将制备的聚苯胺@碳纳米管/氧化石墨烯互穿网络结构碳复合材料和聚乙烯胺在水溶液中超声分散制得均相铸膜液，最后通过涂覆法在多孔支撑滤膜表面涂覆成膜，制得聚乙烯胺/互穿网络结构碳复合材料混合基质膜。

【技术特征摘要】
1.一种聚乙烯胺/互穿网络结构碳复合材料混合基质膜的制备方法，其特征在于：首先在稀盐酸溶液中，将羧基化多壁碳纳米管和苯胺在引发剂和超声的作用下制备聚苯胺表面修饰的碳纳米管复合材料，命名为聚苯胺@碳纳米管复合材料；然后将聚苯胺@碳纳米管复合材料插层到氧化石墨烯的片层之间，制得聚苯胺@碳纳米管/氧化石墨烯互穿网络结构碳复合材料；将制备的聚苯胺@碳纳米管/氧化石墨烯互穿网络结构碳复合材料和聚乙烯胺在水溶液中超声分散制得均相铸膜液，最后通过涂覆法在多孔支撑滤膜表面涂覆成膜，制得聚乙烯胺/互穿网络结构碳复合材料混合基质膜。2.根据权利要求1所述的聚乙烯胺/互穿网络结构碳复合材料混合基质膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、取微孔滤膜作为支撑膜，在20-30°C、1-5%的表面活性剂水溶液中浸泡24-72h，清洗干燥后待用，命名为产物A；步骤二、制备聚苯胺@碳纳米管复合材料：将苯胺和羧基化多壁碳纳米管加入到1-3mol/L的稀盐酸溶液中，超声分散0.5-2h，得到溶液B；然后将过硫酸铵溶解在同浓度的稀盐酸溶液中配制成溶液C，混合两种溶液后超声反应2-8h；反应结束后，产物用水和乙醇清洗至pH为3-5，干燥24-48h得到聚苯胺@碳纳米管复合材料，命名为产物D；步骤三、制备聚苯胺@碳纳米管/氧化石墨烯互穿网络结构碳复合材料：取产物D加入到浓度为0.1-10mg/mL的氧化石墨烯的水分散液中，超声2-12h，使聚苯胺表面修饰过的碳纳米管插层到氧化石墨烯的片层之间，得到具有互穿型结构的聚苯胺@碳纳米管/氧化石墨烯分散液，命名为产物E；步骤四、制备聚乙烯胺/互穿网络结构碳复合材料混合基质膜：将产物E超声1-8h至均匀分散时，加入到聚乙烯胺水溶液中，继续超声搅拌1-8h，得到聚乙烯胺/互穿网络结构碳复合材料混合基质膜的铸膜液，命名为产物F；将产物F在产物A的表面涂敷成膜，控制涂层的湿厚度为30-300µm；将湿膜置于人工气候箱内，在20-50°C、相对湿度40-70%下干燥12-24h，得到聚乙烯胺/互穿网络结构碳复合材料混合基质膜。3.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永洪，张新儒，李龙，刘成岑，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14