一种高二氧化碳渗透速率的气体分离膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高二氧化碳渗透速率的气体分离膜及其制备方法，包括以下步骤：（1）配制含二元或多元酰氯分子和有机溶剂的有机相溶液；配制含多孔有机分子笼、二元或多元胺分子、酸接收剂和水的水相溶液；（2）将支撑膜与有机相溶液接触5~10 min后，得到吸附有机相单体的支撑膜；（3）将吸附有机相单体的支撑膜与水相溶液接触，界面聚合反应1~10 min，得到初生态气体分离膜；（4）将初生态气体分离膜置于恒温恒湿箱中热处理，热处理温度为30~80℃，热处理时间为0.5~24 h，得到气体分离膜。本发明专利技术采用上述的一种高二氧化碳渗透速率的气体分离膜及其制备方法，以解决气体分离膜二氧化碳渗透速率低的问题。透速率低的问题。透速率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高二氧化碳渗透速率的气体分离膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及气体分离膜和碳捕集材料
，特别是涉及一种高二氧化碳渗透速率的气体分离膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，大气中CO2浓度增加产生的“温室效应”导致全球变暖、极端天气频繁和生态环境恶化，严重威胁着人类的生存。我国将CO2减排列为重点支持、集中攻关的技术之一，力争在2030年前达到碳排放峰值，并在2060年前实现“碳中和”。
[0003]CO2分离技术的高效运用对实现碳减排具有重要意义。常用的CO2分离技术有吸收法、吸附法、低温精馏法和膜分离法。膜法捕集CO2是具有广阔应用前景的第二代碳捕集技术，这一方法具有能耗低、无溶剂挥发、占地面积小、放大效应不显著、适用各种处理规模等优点，应用前景广阔。
[0004]高性能捕集CO2分离膜的制备是实现捕集目标的关键。目前，膜分离法在烟道气碳捕集（CO2/N2）领域仍未实现大规模的工业化应用，这主要是因为气体分离膜的CO2渗透选择性能不高，CO2渗透速率在0.5 MPa下通常低于500GPU，难以满足实际分离过程的技术经济要求。模拟计算证实，用于烟道气碳捕集的第一级膜过程需要的气体分离膜CO2渗透速率应在0.5 MPa下高于500 GPU。因此，开发高二氧化碳渗透速率气体分离膜对于碳捕集技术的发展和应用至关重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种高二氧化碳渗透速率的气体分离膜及其制备方法，以解决气体分离膜二氧化碳渗透速率低的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种高二氧化碳渗透速率的气体分离膜的制备方法，包括以下步骤：（1）配制含二元或多元酰氯分子和有机溶剂的有机相溶液；配制含多孔有机分子笼、二元或多元胺分子、酸接收剂和水的水相溶液；（2）将支撑膜与有机相溶液接触5~10 min后，得到吸附有机相单体的支撑膜，支撑膜与有机相溶液接触操作为浸润或浸渍，有机相溶液的温度为25℃；（3）将吸附有机相单体的支撑膜与水相溶液接触，界面聚合反应1~10 min，得到初生态气体分离膜，支撑膜与水相溶液接触操作为浸润或浸渍，水相溶液的温度为25℃；（4）将初生态气体分离膜置于恒温恒湿箱中热处理，热处理温度为30~80℃，热处理时间为0.5~24 h，得到气体分离膜。
[0007]优选的，所述热处理温度为30~50℃，热处理时间为6~12 h。
[0008]优选的，步骤（1）中，所述有机相溶液的组成按照质量分数包括10~5000 mg/L多元酰氯分子和余量的有机溶剂。
[0009]优选的，所述多元酰氯分子的质量分数为1000~2000 mg/L。
[0010]优选的，所述有机相溶液中的多元酰氯分子为1,3,5
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苯三甲酰氯、辛二酰氯、1,7
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庚二酰氯、1,3
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苯二磺酰氯、4,4'
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联苯二磺酰氯、4,4'
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氧二(苯甲酰氯)、对苯二甲酰氯中一种或多种。
[0011]优选的，所述多元酰氯分子为1,3,5
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苯三甲酰氯、对苯二甲酰氯中一种或多种。
[0012]优选的，步骤（1）中，所述有机相溶液中的有机溶剂选自C5~C10的烷烃中的一种或多种。
[0013]优选的，所述有机溶剂为正己烷、环戊烷、正庚烷、环己烷中的一种或多种。
[0014]优选的，步骤（1）中，所述水相溶液的组成按照质量分数包括10~2000 mg/L“4+6”型多孔有机分子笼、10~2000 mg/L二元或多元胺分子、1000~20000 mg/L酸接收剂和余量的水。
[0015]优选的，所述“4+6”型多孔有机分子笼的质量分数为100~1000 mg/L，所述二元或多元胺分子的质量分数为100~1000 mg/L，所述酸接收剂的质量分数为5000~10000 mg/L。
[0016]优选的，步骤（1）中，所述水相溶液中的“4+6”型多孔有机分子笼为RCC1、RCC2、RCC3中的一种或多种。
[0017]优选的，所述“4+6”型多孔有机分子笼为RCC3。
[0018]优选的，步骤（1）中，所述水相溶液中的二元或多元胺分子为间苯二胺、哌嗪、对苯二胺、邻苯二胺、聚乙烯亚胺中的一种或多种。
[0019]优选的，所述二元或多元胺分子为哌嗪、对苯二胺和聚乙烯亚胺。
[0020]优选的，步骤（1）中，所述水相溶液中的酸接收剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾中的一种或多种；优选的，所述的酸接收剂为碳酸钠和碳酸氢钠。
[0021]优选的，步骤（2）中，所述支撑膜为硅橡胶改性的聚合物多孔膜；所述的聚合物多孔膜的材料为聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、聚四氟乙烯中的一种；优选的，所述的聚合物多孔膜的材料为聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺。
[0022]一种高二氧化碳渗透速率的气体分离膜的制备方法制备的分离膜。
[0023]本专利技术涉及的反应机理为：“4+6”型多孔有机分子笼中的仲氨基与有机相单体中的酰氯基团通过交联反应形成了具有一定结晶性的聚酰胺交联结构，且多孔有机分子笼本身具有高比表面积、笼状结构和大空腔体积，因此赋予聚酰胺膜丰富的气体传输通道。同时，水相溶液中的二元或多元胺分子也可以与酰氯反应，生成的链状聚酰胺结构对气体传输通道起到穿插或交联作用，使其具有一定的孔径筛分能力，从而获得高的渗透速率和较好的CO2/N2选择性。其次，分子笼RCC3窗口的有效直径约为5.4
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，介于单一CO2分子动力学直径与CO2和N2分子动力学直径之和。当气体通过气体传输通道时，分子笼上的仲胺基团与CO2发生可逆反应，聚酰胺结构的叔胺基团也可以与CO2发生可逆反应，引导CO2在气体传输通道内沿孔壁传递，进而促进CO2的选择性分离，避免因孔径减小而导致的低CO2渗透速率的问题。
[0024]本专利技术的有益效果：（1）高二氧化碳渗透速率气体分离膜的分离层稳定牢固，CO2渗透速率大，具有良好的长期运行稳定性；（2）高二氧化碳渗透速率气体分离膜的CO2/N2选择性好，可以应用于烟道气CO2捕
集过程及其他CO2分离过程；（3）高二氧化碳渗透速率气体分离膜的制备方法工艺简单、制备条件温和、适用范围广、易于放大和推广、易于实现工业化生产。
[0025]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例1中支撑膜的表面扫描电镜图；图2是本专利技术实施例1中高二氧化碳渗透速率气体分离膜的表面扫描电镜图；图3是本专利技术实施例1中高二氧化碳渗透速率气体分离膜的断面扫描电镜图。
具体实施方式
[0027]下面结合实施例，对本专利技术进一步描述，实施例中所用各种化学品和试剂如无特别说明均为市售购买。
[0028]本专利技术使用的材料：本专利技术及下述实施例中多孔有机分子笼材料为实验室合成，其余所有原料的来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高二氧化碳渗透速率的气体分离膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）配制含二元或多元酰氯分子和有机溶剂的有机相溶液；配制含多孔有机分子笼、二元或多元胺分子、酸接收剂和水的水相溶液；（2）将支撑膜与有机相溶液接触5~10 min后，得到吸附有机相单体的支撑膜，支撑膜与有机相溶液接触操作为浸润或浸渍，有机相溶液的温度为25℃；（3）将吸附有机相单体的支撑膜与水相溶液接触，界面聚合反应1~10 min，得到初生态气体分离膜，支撑膜与水相溶液接触操作为浸润或浸渍，水相溶液的温度为25℃；（4）将初生态气体分离膜置于恒温恒湿箱中热处理，热处理温度为30~80℃，热处理时间为0.5~24 h，得到气体分离膜。2.根据权利要求1所述的一种高二氧化碳渗透速率的气体分离膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述有机相溶液的组成按照质量分数包括10~5000 mg/L多元酰氯分子和余量的有机溶剂。3.根据权利要求1所述的一种高二氧化碳渗透速率的气体分离膜的制备方法，其特征在于：所述有机相溶液中的多元酰氯分子为1,3,5
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苯三甲酰氯、辛二酰氯、1,7
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庚二酰氯、1,3
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苯二磺酰氯、4,4'
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联苯二磺酰氯、4,4'
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氧二(苯甲酰氯)、对苯二甲酰氯中一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种高二氧化碳渗透速率的气体分离膜的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵颂，姜志豪，王颖，王志，王纪孝，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：