一种用于气体分离的聚酰亚胺膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于气体分离的聚酰亚胺膜及其制备方法，涉及高分子薄膜制备技术领域。用于气体分离的聚酰亚胺膜的制备方法包括如下步骤：(1)将具有扭曲结构且含有酚羟基的二胺单体溶于极性非质子溶剂当中，室温下搅拌0.5

【技术实现步骤摘要】
一种用于气体分离的聚酰亚胺膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高分子薄膜制备
，具体涉及一种用于气体分离的聚酰亚胺膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]气体分离膜是通过膜对气体透过量的差别来进行的，在混合的两种或以上气体中将对象气体浓缩、分离。从80年代起，气体分离膜开始作为氢分离用商品膜而开发实用化，之后，气体分离膜技术以其能耗低、设备简单、占地面积小而被广泛应用，在氢分离、二氧化碳分离、空气分离、空气除湿、有机溶剂分离中起到非常重要的作用。
[0003]聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，在分离膜、航空、航天、微电子、纳米、液晶、激光等领域均具有较为广泛的应用前景。其中，聚酰亚胺气体分离膜是聚酰亚胺应用最为广泛的领域之一。聚酰亚胺气体膜分离技术与传统的深冷分离、吸附分离等技术相比，具有效率高、能耗低、无相变过程、操作简单、灵活性高、成本低、可模块化使用等优点，是一种有利于当代工业健康发展的“绿色技术”。
[0004]但现有聚酰亚胺气体分离膜的聚酰亚胺分子结构主要以线性为主，其对H2等小分子气体的纯化性能较差。

技术实现思路

[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于气体分离的聚酰亚胺膜及其制备方法，解决了现有聚酰亚胺气体分离膜对H2等小分子气体的纯化性能较差的技术问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0009]一方面，一种用于气体分离的聚酰亚胺膜的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)将具有扭曲结构且含有酚羟基的二胺单体溶于极性非质子溶剂当中，室温下搅拌0.5
‑
1h得到二胺溶液；
[0011](2)将所述二胺溶液，置于冰浴当中，加入一定比例的酰氯和芳香族二酐，反应4
‑
8h得到聚酰胺酸溶液；
[0012](3)将所述聚酰胺酸溶液，经过真空脱泡，涂布成膜后置于烘箱中阶梯升温亚胺化后得到聚酰亚胺气体分离膜。
[0013]优选地，所述步骤(1)中，二胺单体包括5,5'
‑
二氨基
‑
2,2'
‑
羟基
‑
二联苯、2,2
‑
双(3
‑
氨基
‑4‑
羟基苯基)六氟丙烷或2,2
‑
双(4
‑
羟基
‑3‑
氨基苯基)丙烷中的任一种；
[0014]所述5,5'
‑
二氨基
‑
2,2'
‑
羟基
‑
二联苯的结构为
[0015][0016]所述2,2
‑
双(3
‑
氨基
‑4‑
羟基苯基)六氟丙烷的结构为
[0017][0018]所述2,2
‑
双(4
‑
羟基
‑3‑
氨基苯基)丙烷的结构为
[0019][0020]优选地，所述步骤(1)中，极性非质子溶剂包括N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的任一种。
[0021]优选地，所述步骤(2)中，酰氯包括1,3,5
‑
苯三酰氯、1,2,4
‑
偏苯三酸酐酰氯或4,4
‑
氯甲酰基苯醚中的任一种，
[0022]所述1,3,5
‑
苯三酰氯的结构为
[0023][0024]所述1,2,4
‑
偏苯三酸酐酰氯的结构为
[0025]所述4,4
‑
氯甲酰基苯醚的结构为
[0026][0027]优选地，所述的步骤(2)中，芳香族二酐结构式包括：
[0028][0029]中的任一种。
[0030]优选地，所述步骤(2)中，酰氯占酰氯和芳香族二酐总摩尔数的百分比为10
‑
100％；
[0031]所述步骤(2)中，酰氯和芳香族二酐总摩尔数占二胺单体摩尔数的百分比为100％
‑
200％。
[0032]优选地，所述步骤1)、步骤2)中，二胺单体、酰氯和芳香族二酐的质量占总溶液质量的10％
‑
20％；
[0033]所述总溶液质量为所述二胺单体、酰氯和芳香族二酐以及极性非质子溶剂的质量之和，或者为所述聚酰胺酸溶液的质量。
[0034]优选地，所述步骤3)中，热亚胺化条件包括：依次在180
‑
220℃处理0.5
‑
1.5h、230
‑
280℃处理0.5
‑
1.5h、300
‑
330℃处理0.5
‑
1.5h。
[0035]另一方面，一种由所述的制备方法制备得到的聚酰亚胺气体分离膜，所述聚酰亚胺气体分离膜对氢气、氮气、二氧化碳气体及甲烷气体的渗透性能分别为：P
H2
＝606.9～846.5Barrer，P
N2
＝37.6～78.3Barrer，P
CO2
＝758.2～976.1Barrer，P
CH4
＝31.5～65.8Barrer；
[0036]对氢气/氮气混合气体的分离系数为：α
H2/N2
＝10.81～16.67；
[0037]对二氧化碳/甲烷混合气体的分离系数为：α
CO2/CH4
＝13.74～24.07。
[0038]另一方面，一种所述的聚酰亚胺气体分离膜在分离H2/N2、He/CH4、C3H6/C3H8、C2H4/C2H6、O2/N2或CO2/CH4混合气体上的应用。
[0039](三)有益效果
[0040]本专利技术提供了一种用于气体分离的聚酰亚胺膜及其制备方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：
[0041]1、本专利技术选择具有扭曲结构且含有酚羟基的二胺单体制备聚酰亚胺膜，具有扭曲结构且含有酚羟基的二胺与酰氯和芳香族二酐反应制备的聚酰亚胺材料具有网状结构，网状聚酰亚胺的链段堆叠相较于线性聚酰亚胺更为致密，同时，具有扭曲结构且含有酚羟基的二胺与酰氯和芳香族二酐反应制备的聚酰亚胺材料具有扭曲和非共面结构，具有扭曲结构的聚酰亚胺材料，两苯环可通过中间共价键反正转动，扭曲和非共面结构的聚酰亚胺材料可以对分子链的柔性起到限制作用，使聚酰亚胺材料分子内部的自由体积增大，因此，本专利技术申请的制备方法制备得到的聚酰亚胺膜气体渗透性能优异，对氢气和其他小分子气体的渗透选择性好。对氢气的渗透系数达到846.5barrer，对氮气的渗透系数达78.3barrer，对二氧化碳的渗透系数达903.8barrer，对甲烷的渗透系数达65.8ba本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于气体分离的聚酰亚胺膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将具有扭曲结构且含有酚羟基的二胺单体溶于极性非质子溶剂中，室温下搅拌0.5
‑
1h得到二胺溶液；(2)将所述二胺溶液，置于冰浴当中，加入一定比例的酰氯和芳香族二酐，反应4
‑
8h得到聚酰胺酸溶液；(3)将所述聚酰胺酸溶液，经过真空脱泡，涂布成膜后置于烘箱中阶梯升温亚胺化后得到聚酰亚胺膜。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，二胺单体包括5,5'
‑
二氨基
‑
2,2'
‑
羟基
‑
二联苯、2,2
‑
双(3
‑
氨基
‑4‑
羟基苯基)六氟丙烷或2,2
‑
双(4
‑
羟基
‑3‑
氨基苯基)丙烷中的任一种；所述5,5'
‑
二氨基
‑
2,2'
‑
羟基
‑
二联苯的结构为所述2,2
‑
双(3
‑
氨基
‑4‑
羟基苯基)六氟丙烷的结构为所述2,2
‑
双(4
‑
羟基
‑3‑
氨基苯基)丙烷的结构为
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，极性非质子溶剂包括N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的任一种。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，酰氯包括1,3,5
‑
苯三酰氯、1,2,4
‑
偏苯三酸酐酰氯或4,4
‑
氯甲酰基苯醚中的任一种，所述1,3,5
‑
苯三酰氯的结构为所述1,2,4
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【专利技术属性】
技术研发人员：金弘盛，庞冲，徐宝羚，潘孝军，
申请(专利权)人：安徽国风新材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：