一种交联膜、碳分子筛膜和制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种交联膜、碳分子筛膜和制备方法及应用，该方法以不同种类的聚酰亚胺为底物，小分子DOPO

【技术实现步骤摘要】
一种交联膜、碳分子筛膜和制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种小分子诱导聚酰亚胺碳分子筛膜的合成方法及其在气体分离领域的应用。
技术背景
[0002]气体分离膜技术是一种新兴的“绿色技术”，以其能耗低，设备简单，操作方便灵活等优点一直广受关注。然而传统的膜材料气体分离性能不足以满足工业要求，因此越来越多的研究者开始关注新型的高分离性能聚合物膜材料。
[0003]碳分子筛膜是由含碳物质经高温热解炭化制成的一种新型无机膜。它不仅具有良好的耐高温和耐化学溶剂侵蚀的能力、发达的微米或纳米级孔隙和较高的机械强度，还具有制备成功率高、孔径易控制和清洁程度高等特点，因此在液体和气体分离方面有独到之处。在气体分离方面因炭膜具备诱人的应用前景，故炭膜气体分离技术被认为是本世纪可部分替代现有分离技术的一个重要方法。但目前受膜制备方面的影响,气体分离炭膜还没有在工业上被广泛采用。所以加强膜的制备研究以及从机理上进行气体分离过程的研究来促进膜的制备,更有十分重要的意义。
[0004]为了满足工业实际应用要求，合成兼具高选择性和高渗透性的碳分子筛膜。本专利技术通过设计一种小分子诱导自聚微孔聚酰亚胺聚合物交联制备碳分子筛膜的方法。意在结合自聚微孔聚酰亚胺聚合物的高气体通量和聚酰亚胺的高气体选择性，有望满足工业发展需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于合成多种自聚微孔聚酰亚胺聚合物和小分子DOPO
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DP，利用小分子诱导聚酰亚胺交联制备含有丰富微孔和超微孔结构的碳分子筛膜。并将其应用于气体分离膜，研究碳分子筛膜的气体分离性能。
[0006]本专利技术中的自聚微孔聚酰亚胺聚合物，由于特殊的分子结构，有利于气体的分离扩散，同时分子内含有氟溴氮等元素有利于与DOPO
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DP分子发生化学反应或者形成较强的分子内氢键，提高小分子与聚酰亚胺聚合物的相溶性能，获得交联膜，然后利用交联膜在惰性气氛中制备碳分子筛膜。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种基于制备碳分子筛膜的自聚微孔聚酰亚胺，其结构通式如下：
[0009][0010]所述聚酰亚胺为均聚物或无规共聚物，式中n代表聚合度，n为10
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200的正整数，重均分子量在10000
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600000之间；
[0011]R1代表下述结构中的一种或多种：
[0012][0013]R2代表下述结构中的一种或多种：
[0014][0015]上述自聚微孔聚酰亚胺的制备方法，在氮气氛围下，在装有二胺单体的三口圆底瓶中加入有机溶剂，完全溶解后加入R2结构的一种或两种二酐，待完全溶解后搅拌24小时，然后加入乙酸酐和2
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甲基吡啶，继续搅拌24小时；
[0016]待粘稠反应液冷却至室温后，在甲醇溶液中沉淀得到纤维状聚合物，4次洗涤后将得到的聚合物在100℃真空干燥12小时；
[0017]其中：反应体系中二胺单体和R2结构的二酐在有机溶剂中的浓度为15
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20wt％，二胺单体和 R2结构的二酐摩尔用量相同，乙酸酐的摩尔用量为单体用量的10倍，3
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甲基吡啶的摩尔用量为单体用量的2倍。
[0018]一种基于制备碳分子筛膜的小分子化合物，小分子化合物DOPO
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D的通式为：
[0019]如上述的小分子化合物的制备方法，在氮气氛围下，将装有对苯二甲醛、对氨基苯酚、DOPO的三口圆底瓶中加入有机溶剂DMF，室温搅拌12小时；
[0020]待反应完全之后，反应液倒入水中析出黄色固体，将黄色固体过滤，然后水洗三次，黄色固体置于真空干燥箱80℃真空干燥24小时，得到DOPO
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DP。
[0021]一种基于有机高分子聚合物和小分子的交联膜，有机高分子聚合物为自聚微孔聚酰亚胺；
[0022]其结构通式如下：
[0023][0024]所述聚酰亚胺为均聚物或无规共聚物，式中n代表聚合度，n为10
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200的正整数，重均分子量在10000
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600000之间；
[0025]R1代表下述结构中的一种或多种：
[0026][0027]R2代表下述结构中的一种或多种：
[0028][0029]小分子DOPO
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DP具有如下结构式：
[0030][0031]包括如下的制备步骤：
[0032](1)将聚酰亚胺结构中的一种或多种聚合物为原料，和小分子DOPO
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DP溶解在有机溶剂中，在温度为5～300℃下充分搅拌0.5～24h，制得交联聚合物混合溶液，混合溶液静置脱泡处理，溶液中聚酰亚胺分子聚合物和小分子浓度为 1～70wt％；
[0033](2)将步骤(1)制备的混合溶液倾倒在无纺布基底上，或者直接倾倒在干净平整的玻璃板上，用刮刀将混合溶液刮成液膜；
[0034](3)将步骤(2)制备的聚合物液于0
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100℃真空条件下干燥12h，制得基于有机高分
子聚合物和小分子DOPO
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DP交联膜。
[0035]一种用于碳分子筛膜的交联膜的制备方法，包括如下的制备步骤：
[0036](1)将聚酰亚胺结构中的一种或多种聚合物为原料，和小分子DOPO
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DP 溶解在有机溶剂中，在温度为5～300℃下充分搅拌0.5～24h，制得交联聚合物混合溶液，混合溶液静置脱泡处理，溶液中聚酰亚胺分子聚合物和小分子浓度为 1～70wt％；
[0037](2)将步骤(1)制备的混合溶液倾倒在无纺布基底上，或者直接倾倒在干净平整的玻璃板上，用刮刀将混合溶液刮成液膜；
[0038](3)将步骤(2)制备的聚合物液于0
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100℃真空条件下干燥12h，制得基于有机高分子聚合物和小分子DOPO
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DP交联膜。
[0039]进一步地，上述步骤(1)中，有机溶剂为DMSO、DMAc、NMP、DMF或者TEP 中的一种或几种。
[0040]一种碳分子筛膜，包括如下的制备步骤：
[0041]将上述的交联膜置于管式炉，在惰性氛围中加热到550℃保持2h制备成碳分子筛膜。
[0042]进一步地，上述在惰性氛围中，放置权利要求1所制备的交联膜，先吹扫2
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6小时，按照设定程度开始升温，首先以10℃/min将温度从20℃升高到250℃，然后以3.85℃/min将温度从250℃升高到535℃，接着以0.25℃/min将温度从535℃升高到550℃，在惰性氛围保持2小时，以5℃/min降温到25℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于碳分子筛膜的自聚微孔聚酰亚胺的制备方法，其特征在于，其结构通式如下：所述聚酰亚胺为均聚物或无规共聚物，式中n代表聚合度，n为10
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200的正整数，重均分子量在10000
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600000之间；R1代表下述结构中的一种或多种：R2代表下述结构中的一种或多种：包括如下步骤：在氮气氛围下，在装有二胺单体的三口圆底瓶中加入有机溶剂，完全溶解后加入R2结构的一种或两种二酐，待完全溶解后搅拌24小时，然后加入乙酸酐和2
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甲基吡啶，继续搅拌24小时；待粘稠反应液冷却至室温后，在甲醇溶液中沉淀得到纤维状聚合物，4次洗涤后将得到的聚合物在100℃真空干燥12小时；其中：反应体系中二胺单体和R2结构的二酐在有机溶剂中的浓度为15
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20wt％，二胺单体和R2结构的二酐摩尔用量相同，乙酸酐的摩尔用量为单体用量的10倍，3
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甲基吡啶的摩尔用量为单体用量的2倍。2.一种用于碳分子筛膜的的小分子化合物的制备方法，其特征在于，所述小分子化合物DOPO
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D的通式为：
其制备方法为：在氮气氛围下，将装有对苯二甲醛、对氨基苯酚、DOPO的三口圆底瓶中加入有机溶剂DMF，室温搅拌12小时；待反应完全之后，反应液倒入水中析出黄色固体，将黄色固体过滤，然后水洗三次，黄色固体置于真空干燥箱80℃真空干燥24小时，得到DOPO
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DP。3.一种用于碳分子筛膜的的交联膜，其特征在于，所述有机高分子聚合物为自聚微孔聚酰亚胺；其结构通式如下：所述聚酰亚胺为均聚物或无规共聚物，式中n代表聚合度，n为10
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200的正整数，重均分子量在10000
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600000之间；R1代表下述结构中的一种或多种：R2代表下述结构中的一种或多种：所述小分子DOPO
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DP具有如下结构式：
包括如下的制备步骤：(1)将聚酰亚胺结构中的一种或多种聚合物为原料，和小分子DOPO
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DP溶解在有机溶剂中，在温度为5～300℃下充分搅拌0.5～24h，制得交联聚合物混合溶液，混合溶液静置脱泡处理，溶液中聚酰亚胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈秀玲，谢聪，
申请(专利权)人：湖北科技学院，
类型：发明
国别省市：