薄层复合离子液体支撑液膜及其连续制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种薄层复合离子液体支撑液膜及其连续制备方法和在气体分离中的应用

【技术实现步骤摘要】
薄层复合离子液体支撑液膜及其连续制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及膜制备
，尤其涉及薄层复合离子液体支撑液膜及其连续制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]支撑液膜是将含萃取剂的有机溶剂或无机溶剂附着在惰性多孔膜的孔隙内形成的人工薄膜，广泛应用在气体分离
、
有机物分离
、
冶金
、
废水处理等领域
。
[0003]离子液体是一类常用于支撑液膜的萃取剂，其完全由阴阳离子组成，在室温或接近室温时处于液态
。
离子液体通常对某些特定分子具有优良的溶解能力，且具有结构可调
、
不挥发
、
黏度适当和热
、
化学稳定性良好的特性，因此适合作为萃取剂用于制备支撑液膜
。
例如，氟硼酸盐类离子液体具有对二氧化碳强的特异性溶解能力
。
将氟硼酸盐类离子液体作为萃取剂制备的离子液体支撑液膜可以有效分离混合气体中的二氧化碳
(
例如专利
KR 20160011473A
和
US2014283839A1)。
但支撑液膜仅依靠膜孔的毛细管效应支撑离子液体萃取剂，在实际的气体分离过程中，离子液体会在长期的高压气体吹扫下而不断流失，最终导致支撑液膜的击穿和失效
。
[0004]为克服支撑液膜在气体分离过程中稳定性差的缺点，减小用作基底的惰性多孔膜孔道半径，或利用纳米材料和聚合物交联网络锁定
、
限制离子液体的流动是两类主流的可行途径
。
例如，
Gan
等
(J Membr Sci,2006,280,948.)
以纳滤膜作为惰性支撑基底，支撑了数种离子液体进行气体分离
。
纳滤膜孔径较小，提供了足够的毛细管力，所得的支撑液膜在
3.0
～
7.0bar
的工作压力内均可以稳定工作，耐压性远超常规微滤膜作为惰性支撑基底所得的支撑液膜
。
又如，采取浸渍法和压力渗透法将添加了凝胶因子纳米
SiO2、
碳纳米管的咪唑型离子液体固定在
PVDF
膜
、PTFE
膜
、PS
膜
、PES
膜
、
尼龙膜
、
二氧化硅膜或多孔
Al2O3膜基底的孔中可以得到在高压下相对稳定的支撑液膜
(
例如专利
CN201210124953.X)。
其可在跨膜压差为
100
‑
200kPa
下稳定运行超过
24h
，并实现达到8～
25
的
CO2/CH4理想分离比
。
以上方法虽然有效提高了支撑液膜的耐压性和稳定性，但是制备过程相对繁琐，且不可避免地造成支撑液膜渗透通量显著降低
。
因此有必要提出一种新型支撑液膜结构及其便捷的制备方法，在尽量保证气体渗透效率的情况下，提升其在高压下和长期运行中的稳定性
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种薄层复合离子液体支撑液膜及其连续制备方法，该薄层复合离子液体支撑液膜可以在高操作压力下长期稳定工作，降低了运行和维护成本
。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种薄层复合离子液体支撑液膜，包括一层纳米微孔薄膜和一层支撑有离子液体的惰性多孔膜，所述的纳米微孔薄膜和支撑有离子液体的惰性多孔膜紧密贴合形成双层结构
。
[0008]本专利技术在离子液体支撑液膜表面负载一层纳米微孔薄膜，原支撑液膜中的离子液
体不再直接与空气形成大尺度的界面，纳米微孔薄膜较小的孔径可以提供更大的毛细管作用力，提升复合膜的极限击穿压力和长期稳定性
。
纳米微孔薄膜和惰性多孔膜内壁对离子液体的亲和性将共同保证离子液体在其孔道中持续稳定存在，进而提升离子液体支撑液膜的运行稳定性
。
[0009]优选的，所述的纳米微孔薄膜为聚酰胺薄膜，厚度为1～
10000nm
，孔径为
0.1
～
10nm。
[0010]纳米微孔薄膜适宜的厚度提供强度且避免造成较大的过膜阻力；相对较小的孔径提供足够大的毛细管作用力以规避离子液体流失
。
[0011]进一步优选的，所述的纳米微孔薄膜厚度为
50
～
250nm
，孔径为
0.1
～
5nm。
[0012]优选的，所述的惰性多孔膜孔径为
0.1
～
100
μ
m
；孔隙率为1～
99
％
。
[0013]惰性多孔膜相对较小的孔径有利于支撑纳米微孔薄膜不至于受压破裂，充分显示薄层复合离子液体支撑液膜的耐压性；较高的孔隙率有利于气体的渗透
。
[0014]进一步优选的，所述的惰性多孔膜孔径为
0.2
～
1.5
μ
m
；孔隙率为
40
～
99
％
。
[0015]优选的，所述的惰性多孔膜的材质为陶瓷
、
金属和聚合物中的至少一种
。
[0016]进一步优选的，所述的陶瓷为
Al2O3、SiO2、MgO、ZrO2、TiO2中的至少一种；所述的金属为金
、
银
、
钯
、
钛
、
钒中的至少一种；所述的聚合物为硝酸纤维素
、
醋酸纤维素
、
乙基纤维素
、
混合纤维素
、
聚砜
、
聚醚砜
、
聚酰胺
、
聚砜胺
、
聚乙烯
、
聚丙烯
、
聚氯乙烯
、
聚碳酸
、
聚四乙烯
、
聚偏乙烯中的至少一种
。
[0017]优选的，所述的离子液体的熔点为
‑
100
～
100℃
，黏度为
10
～
1000cP。
[0018]进一步优选的，所述的离子液体的阳离子为烷基季铵离子
、
烷基季鏻离子
、N,N'
‑
二烷基取代咪唑鎓
、N
‑
烷基取代的吡啶鎓
、
氨基取代的咪唑鎓
、
氨基取代的吡啶鎓
、
甘氨酸
、
丙氨酸
、
缬氨酸
、
亮氨酸
、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种薄层复合离子液体支撑液膜，其特征在于，包括一层纳米微孔薄膜和一层支撑有离子液体的惰性多孔膜，所述的纳米微孔薄膜和支撑有离子液体的惰性多孔膜紧密贴合形成双层结构
。2.
根据权利要求1所述的薄层复合离子液体支撑液膜，其特征在于，所述的纳米微孔薄膜为聚酰胺薄膜，厚度为1～
10000nm
，孔径为
0.1
～
10nm。3.
根据权利要求1所述的薄层复合离子液体支撑液膜，其特征在于，所述的惰性多孔膜孔径为
0.1
～
100
μ
m。4.
根据权利要求1或3所述的薄层复合离子液体支撑液膜，其特征在于，所述的惰性多孔膜的材质为陶瓷
、
金属和聚合物中的至少一种
。5.
一种如权利要求1～4任一项所述的薄层复合离子液体支撑液膜的连续制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
将反应性单体
a
的离子液体溶液充分均匀涂布在惰性多孔膜上，形成稳定均匀的支撑液膜，并通过传输机构连续向前平稳运送；
(2)
将所述的支撑液膜与反应性单体
b
的溶液接触，引发界面聚合反应，在支撑液膜表面合成纳米微孔薄膜；
(3)
通过洗涤和干燥去除纳米微孔薄膜表面未反应的反应性单体
b
的溶液，获得薄层复合离子液体支撑液膜
。6.
根据权利要求5所述的薄层复合离子液体支撑液膜的连续制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中，反应性单体
a
的离子液体溶液的涂布方式为以下一种或多种的结合：
(A)
将惰性多孔膜浸入反应性单体...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志康，薛育仁，刘畅，杨皓程，梁洪卿，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：