一种新型气体分离复合膜及其制备方法和应用技术

一种新型气体分离复合膜及其制备方法和应用，涉及气体分离技术领域，气体分离复合膜包括载体和载体上的分离选择性层；其中，将1,3,5

【技术实现步骤摘要】
一种新型气体分离复合膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及气体分离
，具体涉及一种新型气体分离复合膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]由于全球能源短缺危机导致的氢气在实现社会可持续发展目标方面发挥着关键作用，由于能源的大量消耗，氢气已被公认为环保和清洁能源。氢气存在于生物质、原油、煤和天然气中，主要由水煤气法制氢。然而，在制氢过程中，随着副产品二氧化碳的产生，大量二氧化碳排放到大气中会造成全球温室效应。因此，选择性分离氢气和捕集二氧化碳在解决清洁能源利用和温室效应控制问题上可以发挥重要作用。目前开发新型且气体分离性能较为优异的新型材料用于薄膜的制备已经引起了各科研人员的广泛关注。
[0003]目前采用不同材料制备的气体分离膜已经实现更高的分离性能，打破传统的气体分离过程中“权衡效应”。但是，这些膜在实际操作应用过程中也会存在一些问题。例如，自具微孔聚合物(PIMs)凭借其较高的比表面积、较好的理化稳定性质以及可溶液加工性被广泛气体分离领域，但PIMs本身存在老化和塑化等严重问题。且大部分聚合物不耐高温，在高温环境下可能会发生变形，这严重影响了膜的气体分离性能。因此，开发在常温下同时具有高渗透性和选择性的膜，并且也可以在高温环境下实现气体分离且具有良好稳定性的连续致密选择性分离膜成为气体分离领域研究的重点。

技术实现思路

[0004]针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本专利技术提供一种新型气体分离复合膜及其制备方法，不仅在常温下可以实现较高的气体分离性能，而且在高温下仍然具有气体分离性能。
[0005]本专利技术提供如下技术方案：一种新型气体分离复合膜，包括载体和载体上的分离选择性层（BILP
‑
5）；其中，将1,3,5
‑
三(4
‑
醛基苯基)苯溶于有机溶剂中，并与溶有1,2,4,5
‑
苯四胺四盐酸盐的水溶液进行界面聚合反应获得BILP
‑
5。
[0006]新型气体分离复合膜的制备方法，包括如下步骤：（1）载体前处理：将载体浸泡清洗，并烘干，备用；（2）反应单体溶液的配置：将1,3,5
‑
三(4
‑
醛基苯基)苯在常温下溶于有机溶剂中并超声使单体完全溶解，获得油相溶液A；在常温下将1,2,4,5
‑
苯四胺四盐酸盐加入水中搅拌，获得水相溶液B；（3）将步骤（1）中备用的载体放置在玻璃培养皿中，将步骤（2）中配置好的溶液A缓慢的倒入玻璃培养皿中并将载体完全浸泡，反应一定时间后除去培养皿中未反应完全的溶液A，再缓慢倒入步骤（2）中配置好的溶液B溶液到玻璃培养皿中，进行界面聚合反应，反应结束后，去除未反应完全的溶液B，放置一夜后，在载体上形成用于氢气/二氧化碳高效分离
的气体分离复合膜。
[0007]优选地，步骤（2）中：所述有机溶剂为二氯甲烷。
[0008]优选地，步骤（2）中：油相溶液A中1,3,5
‑
三(4
‑
醛基苯基)苯的质量百分比浓度为0.5 wt%；水相溶液B中1,2,4,5
‑
苯四胺四盐酸盐的质量百分比浓度为1.5 wt%。
[0009]优选地，步骤（2）中：有机溶剂的体积为10 mL；水的体积为10 mL，且水采用去离子水；将1,2,4,5
‑
苯四胺四盐酸盐加入水中搅拌10 min。
[0010]优选地，步骤（3）中：用去离子水和二氯甲烷依次浸泡清洗气体分离复合膜表面。
[0011]优选地，步骤（3）中：溶液A与溶液B的体积比为1:1。
[0012]优选地，步骤（3）中：界面聚合反应时间为1～3 h。
[0013]该新型气体分离复合膜可应用于气体分离领域：将该气体分离复合膜用于氢气/二氧化碳分离时，先采用0.1 Mpa的压力在100℃高温下稳定膜8 h后再进行气体分离测试，之后氢气/二氧化碳分离的过程中保持气体测试温度为20～100℃。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术首次将BILP
‑
5在载体表面界面聚合生成气体分离复合膜，该复合膜在常温下测试，具有出色的氢气/二氧化碳的分离性能；（2）本专利技术提供的气体分离复合膜不仅在常温下可以实现较高的气体分离性能，而且在高温下仍然具有气体分离性能且高于努森扩散选择性；（3）本专利技术提供的气体分离复合膜在改变测试压力和测试温度一段时间后，仍可维持其分离选择性基本不变。
附图说明
[0015]图1：为本专利技术提供气体分离复合膜的制备流程图。
[0016]图2：为本专利技术提供气体分离复合膜在不同界面聚合反应时间时性能的变化。
[0017]图3：为本专利技术提供气体分离复合膜对于不同温度下气体分离性能的影响及其性能变化。
[0018]图4：为本专利技术提供气体分离复合膜改变测试压力和测试温度后一段时间气体分离性能变化。
具体实施方式
[0019]对专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]实施例1：一种新型气体分离复合膜，包括载体和载体上的分离选择性层（BILP
‑
5）。
[0021]其中，分离选择层采用下述制备方法获得：将1,3,5
‑
三(4
‑
醛基苯基)苯溶于有机溶剂中，并与溶有1,2,4,5
‑
苯四胺四盐酸盐的水溶液进行一段反应时间的简单界面聚合反应得到。
[0022]一种新型气体分离复合膜的制备方法，具体过程如下：（1）α
‑
Al2O3载体前处理：α
‑
Al2O3载体使用前，将α
‑
Al2O3载体浸入到无水乙醇溶液
中浸泡8 h以除去α
‑
Al2O3载体孔隙内存在的杂质防止影响膜的气体分离性能；之后将浸泡清洗过的α
‑
Al2O3载体在80℃烘箱中放置6 h烘干后取出，密封好放置在通风橱至温度降至常温备用。
[0023]（2）反应单体溶液的配置：将1,3,5
‑
三(4
‑
醛基苯基)苯(0.07 g)在常温下溶于10 mL有机溶剂（二氯甲烷）中并在超声机中超声使单体完全溶解，获得质量百分比浓度为0.5 wt%油相溶液A；在常温下将1,2,4,5
‑
苯四胺四盐酸盐（0.15 g）加入10mL的去离子水中搅拌10 min，可获得质量百分比浓度为0.15 wt%的水相溶液B。
[0024]（3）制备过程如图1所示，首先将浸泡好的α
‑
Al2O3载体放置在玻璃培养皿中，将配置好的A溶液(10 mL)缓慢的倒入放置有α
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型气体分离复合膜，其特征在于，包括载体和形成于载体上的分离选择性层；其中，将1,3,5
‑
三(4
‑
醛基苯基)苯溶于有机溶剂中，并与溶有1,2,4,5
‑
苯四胺四盐酸盐的水溶液进行界面聚合反应获得分离选择性层。2.权利要求1所述的新型气体分离复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）载体前处理：将载体浸泡清洗，并烘干，备用；（2）反应单体溶液的配置：将1,3,5
‑
三(4
‑
醛基苯基)苯在常温下溶于有机溶剂中并超声使单体完全溶解，获得油相溶液A；在常温下将1,2,4,5
‑
苯四胺四盐酸盐加入水中搅拌，获得水相溶液B；（3）将步骤（1）中备用的载体放置在玻璃培养皿中，将步骤（2）中配置好的溶液A缓慢的倒入玻璃培养皿中并将载体完全浸泡，反应一定时间后除去培养皿中未反应完全的溶液A，再缓慢倒入步骤（2）中配置好的溶液B溶液到玻璃培养皿中，进行界面聚合反应，反应结束后，去除未反应完全的溶液B，放置一夜后，在载体上形成分离选择性层，获得用于氢气/二氧化碳高效分离的气体分离复合膜。3.根据权利要求2所述的新型气体分离复合膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中：所述有机溶剂为二氯甲烷。4.根据权利要求2所述的新型气体分离复合膜的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：单美霞，段少凡，张亚涛，李东洋，朱军勇，王景，董冠英，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：