一种大气压冷等离子体辐照处理自具微孔聚合物膜的方法技术

本发明专利技术涉及膜分离技术领域，具体为一种大气压冷等离子体辐照处理自具微孔聚合物膜的方法，包括如下步骤：步骤1：制备自具微孔聚合物膜；步骤2：对步骤1中得到的自具微孔聚合物膜进行大气压冷等离子体辐照处理。本发明专利技术利用大气压冷等离子体技术(DBD)处理PIM膜，调控了其分子筛分孔道结构，大幅提高了高筛分能力的小孔占比，并形成一层超薄的分离层，强化了PIM膜的气体分离性能，同时降低了气体渗透通量的损失，本发明专利技术所使用的大气压冷等离子体辐照处理技术还具有使用条件温和、成本低廉、激发效率高、适用范围广的优点。适用范围广的优点。适用范围广的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种大气压冷等离子体辐照处理自具微孔聚合物膜的方法


[0001]本专利技术涉及膜分离
，具体为一种大气压冷等离子体辐照处理自具微孔聚合物膜的方法。

技术介绍

[0002]自具微孔聚合物(PIM)是一类具有扭曲和刚性分子骨架的新型聚合物材料，PIM的独特结构为其提供了高度发达且连通的微孔，具有非常优异的气体渗透性。此外，PIM还具有良好的加工能力，不少PIM可溶解在溶剂中并制备成膜，所以常被用于气体分离膜领域。PIM的微孔结构属于典型的宽分布，以最经典的PIM
‑
1为例，其孔道大致分布在0.33
‑
0.42nm、0.42
‑
0.6nm、0.6
‑
2nm三大区域，相较于常见的气体分子如CO2(气体动力学直径0.33nm)、CH4(气体动力学直径0.38nm)，PIM
‑
1膜存在孔径偏大的问题，导致其气体选择性不高。需要指出的是，PIM膜的气体选择性取决于其气体传质路径中的最窄孔，这类似于生物分子选择性通道中的“门控”概念。因此，并不需要将PIM膜的所有孔道都调控至小孔径，只需提高小孔所占比例，即可有效提高PIM膜的气体选择性。
[0003]目前，人们针对PIM膜的分子筛分孔道调控进行了大量的研究。由于PIM特殊的结构要求，基于分子结构单元设计的调控方法较为困难，通过外加场处理的调控方法具有通用、简便的特点因而受到关注。

技术实现思路

[0004]本专利技术利用大气压冷等离子体技术(DBD)处理PIM膜，调控了其分子筛分孔道结构，大幅提高了高筛分能力的小孔占比，并形成一层超薄的分离层，强化了PIM膜的气体分离性能，同时降低了气体渗透通量的损失。
[0005]本专利技术要解决的技术问题为：如何通过大气压冷等离子体技术处理PIM膜，使其分子筛分孔道的孔径缩小，提高PIM膜的气体选择性，同时降低气体渗透通量的损失。
[0006]为解决上述问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种大气压冷等离子体辐照处理自具微孔聚合物膜的方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1，制备自具微孔聚合物膜；
[0009]步骤2，对步骤1中得到的自具微孔聚合物膜进行大气压冷等离子体辐照处理。
[0010]优选的，所述步骤一中的自具微孔聚合物膜是自支撑型平板膜。
[0011]优选的，所述步骤2中，大气压冷等离子体处理技术采取的是介质阻挡放电形式，阻挡介质材料为石英玻璃，放电间距为7
‑
9mm。
[0012]优选的，所述步骤2中，大气压冷等离子体的处理气氛为氦气，处理频率为8
‑
9kHz，处理功率为5
‑
20W，处理时间为1
‑
20min。
[0013]优选的，所述步骤2中，大气压冷等离子体处理后，继续将膜材放置于氦气中以中和残余电荷。
[0014]优选的，一种大气压冷等离子体辐照处理自具微孔聚合物膜的方法，所得到的自
具微孔聚合物膜应用于CO2/CH4气体分离。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0016](1)大气压冷等离子体辐照处理后的PIM
‑
1膜，照射面形成了一层超薄的分离层，分离层上的分子筛分孔道孔径缩小，小孔比例提高，使得PIM
‑
1膜的CO2/CH4分离选择性大幅提升；
[0017](2)由于高能粒子打入PIM
‑
1膜内部能量会快速衰减，因而只会作用于膜表面一定深度内而不改变膜的主体性质，经优化后的等离子处理PIM
‑
1膜的CO2通量仍维持在较高水平；
[0018](3)本专利技术所使用的大气压冷等离子体辐照处理技术还具有使用条件温和、成本低廉、激发效率高、适用范围广的优点。
[0019](4)大气压冷等离子体技术(DBD)具有使用条件温和、成本低廉、气氛浓度高等优点，是具有发展前景的等离子体处理技术，等离子体处理技术可以激发电子、离子、自由基、光子等高能活性粒子，迅速与PIM的刚性扭转聚合物链段发生作用，形成一层超薄的分离层，这对PIM膜的气体分离性能是十分有利的。
附图说明
[0020]图1是大气压冷等离子辐照处理PIM
‑
1膜的示意图；
[0021]图2是PIM
‑
1膜经过等离子体处理后的红外图谱；
[0022]图3是PIM
‑
1膜(a)、PIM
‑
1等离子处理膜(b)及放置在He气(c)或空气(d)中一段时间后的表面接触角图；
[0023]图4是PIM
‑
1膜经等离子体处理0min(a)、1min(b)、5min(c)、30min(d)的横截面SEM图；
[0024]图5是PIM
‑
1膜经等离子体处理不同时间(a)、不同功率(b)及照射面与非照射面(c)的XRD图谱；
[0025]图6是PIM
‑
1膜与PIM
‑
1膜经等离子体处理不同时间(a)、不同功率(b)的CO2/CH4气体分离性能图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本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。
[0027]实施例1
[0028]PIM
‑
1膜的制备
[0029]称量0.228g PIM
‑
1高分子并溶解于7.6mL氯仿中得到铸膜液，经超声脱泡后将铸膜液倒入直径8cm的培养皿中，在通风橱内室温缓慢挥发成膜，成膜需要3
‑
6h。将PIM
‑
1膜揭下并浸泡于甲醇中12h活化，随后放入120℃真空烘箱中充分干燥12h。所制得的PIM
‑
1膜厚度为40
±
5μm。
[0030]实施例2
[0031]大气压冷等离子体辐照处理PIM
‑
1膜
[0032]将PIM
‑
1膜平放至于低温等离子体反应釜中，反应釜放置于具有上下两端平板电极的等离子体反应器之间，向釜内通入He气以排除空气后，打开等离子体激发电源(正弦电源)调至所需功率及频率，开始辐照并计时。上下电介质阻挡材料均为石英玻璃，放电间距固定为8mm，工作频率固定为8.36kHz。等离子体处理条件调控方案为：首先将电源功率固定为5W，改变处理时间分别为1min、5min、30min。之后将处理时间固定为30min，改变电源功率为10W、15W、20W。等离子体辐照处理结束后，关闭激发电源，继续通He气3h后将膜取出。
[0033]膜的形态结构表征，由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大气压冷等离子体辐照处理自具微孔聚合物膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：制备自具微孔聚合物膜；步骤2：对步骤1中得到的自具微孔聚合物膜进行大气压冷等离子体辐照处理。2.根据权利要求1所述的一种大气压冷等离子体辐照处理自具微孔聚合物膜的方法，其特征在于，所述步骤一中的自具微孔聚合物膜是自支撑型平板膜。3.根据权利要求1所述的一种大气压冷等离子体辐照处理自具微孔聚合物膜的方法，其特征在于，所述步骤2中，大气压冷等离子体处理技术采取的是介质阻挡放电形式。4.根据权利要求3所述的一种大气压冷等离子体辐照处理自具微孔聚合物膜的方法，其特征在于，所述介质阻挡放电所用的阻挡介质材料为石英玻璃，放电间距为7
‑
9mm。5.根据权利要求1所述的一种大气压冷等离子体辐照处理自具微孔聚合物膜的方法，其特征在于，所述步骤2中，大气压冷等离子体的处理气氛为氦气。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄彤，吴秋宇，刘公平，金万勤，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：