【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高分子膜分离，特别涉及一种共聚聚酰亚胺气体分离膜材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、随着全球能源需求的不断增长、全球气候变暖形势的日益严峻，世界能源结构调整及能源效率提高面临着更高的挑战。二氧化碳是主要的温室气体之一，其排放量对全球变暖起到重要的影响。天然气中的杂质如二氧化碳会降低燃烧过程中的效率。二氧化碳的存在降低了天然气的热值，从而减少了能源的有效利用。为了最大程度地发挥天然气的利用潜力和减少其不纯性带来的负面影响，需要进行天然气的纯化处理，以降低杂质含量并提高甲烷的纯度。同样，空气分离对于生产用于医疗和工业应用的高纯度o2和n2也很重要。
2、与低温精馏等传统能源密集型气体分离工艺相比，膜分离技术以其低成本、低能耗及可持续性等优点，在氧氮富集、氢气回收、天然气净化、沼气回收等气体分离领域备受关注。在众多气体分离膜材料中，聚酰亚胺表现出优异的耐热性、化学稳定性、成膜性和结构设计可调节性，使之成为目前商业化程度最高的分离膜材料之一。
3、芳香族聚酰亚胺(pis)具有良好的热稳定性、化学稳定性、机械强度、可加工性和结构多样性，是一种用于气体分离的高性能膜材料。但是，传统的聚酰亚胺膜气体渗透性低，而且在分离含有较高浓度可溶气体(co2和ch4等)时易发生塑化。塑化是指随着进料侧压力的升高，聚合物链段迁移率和自由体积增加，从而导致气体分离膜渗透性增加，选择性急剧降低的一种现象。
4、为了改善聚酰亚胺的气体分离性能，可以通过向共聚聚酰亚胺中引入不同的结构。共聚聚酰亚胺提供了均聚酰亚
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种共聚聚酰亚胺气体分离膜材料及其制备方法与应用，本专利技术通过选择提供高渗透性的二乙基甲苯二胺(detda)和提供高选择性的间苯二胺(mpd)为二胺单体，通过调节两种二胺单体的比例，得到一种具有优良气体分离性能的共聚聚酰亚胺膜材料。该气体分离膜材料具有优良的机械性能以及较高的o2/n2、co2/ch4、he/ch4选择性，同时又保持着高的气体渗透性，在烟道气和天然气脱除co2以及空气分离等领域具有重要的应用价值。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种共聚聚酰亚胺气体分离膜材料，具有式ι所示结构：
3、
4、其中，m和n表示结构单元的数量，m在20到500之间，n在20到500之间；ar为二酐酐基的连接单元，所述二酐酐基衍生自二酐单体，所述二酐单体选自以下结构中的任意一种：
5、
6、优选地，所述二酐单体为：
7、
8、本专利技术还提供了上述技术方案所述共聚聚酰亚胺气体分离膜材料的制备方法，包括如下步骤：
9、(1)以二酐单体和二胺单体为原料，采用化学亚胺化法制备共聚聚酰亚胺；
10、(2)将所得共聚聚酰亚胺溶于有机溶剂中配置成铸膜液后进行铸膜，得到所述的共聚聚酰亚胺气体分离膜；
11、所述二酐单体选自以下结构中的任意一种：
12、
13、所述二胺单体为二乙基甲苯二胺和间苯二胺，其中二乙基甲苯二胺为两种异构体3,5-二乙基-2,4-二氨基甲苯和3,5-二乙基-2,6-二氨基甲苯的混合物；所述二乙基甲苯二胺在二胺中的比例为0～100摩尔％，所述间苯二胺在二胺中的比例为0～100摩尔％。
14、优选地，所述3,5-二乙基-2,4-二氨基甲苯和3,5-二乙基-2,6-二氨基甲苯的摩尔百分比为76％：24％。
15、优选地，所述二酐单体和二胺单体的摩尔比为1:1。
16、优选地，所述化学亚胺化法具体包括如下步骤：
17、(11)将二乙基甲苯二胺单体溶于非质子性极性溶剂中，在冰水浴和氮气保护下搅拌至溶解，然后加入二酐单体搅拌溶解，加入间苯二胺，持续搅拌反应，直到形成固含量为20％～30％的聚酰胺酸溶液；
18、(12)在所得聚酰胺酸溶液中加入脱水剂和催化剂，室温下进行反应，反应结束后，倒在醇溶液中沉淀，过滤洗涤，干燥，得到共聚聚酰亚胺。
19、进一步优选地，所述脱水剂为乙酸酐；所述催化剂为吡啶或三乙胺；所述脱水剂与二胺的摩尔比为5:1；所述催化剂与二胺的摩尔比为2.5:1。
20、进一步优选地，步骤(12)中所述干燥时的梯度升温程序为60℃24h、90℃12h、120℃12h、150℃24h。
21、优选地，所述共聚聚酰亚胺气体分离膜的厚度为70～90μm。
22、本专利技术还提供了上述技术方案所述共聚聚酰亚胺气体分离膜材料在气体分离中的应用。
23、有益技术效果：
24、1.本专利技术提供的共聚聚酰亚胺聚合物具有良好的溶解性和成膜性能，能在室温下溶解于nmp、dmf、dmac、dmso的一种或多种极性溶剂中。
25、2.本专利技术提供的共聚聚酰亚胺气体分离膜材料可以应用于天然气与烟气的脱除co2上，具有优良气体选择性和渗透通量。
26、3.随着mpd比例的增加，共聚聚酰亚胺膜材料的o2/n2、co2/ch4等大分子选择性变化不大，即在实现高气体渗透性的同时保证了较高的选择性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种共聚聚酰亚胺气体分离膜材料，其特征在于，具有式Ι所示结构：
2.根据权利要求1所述的共聚聚酰亚胺气体分离膜材料，其特征在于，所述二酐单体为：
3.权利要求1或2所述共聚聚酰亚胺气体分离膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述3,5-二乙基-2,4-二氨基甲苯和3,5-二乙基-2,6-二氨基甲苯的摩尔百分比为76％：24％。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述二酐单体和二胺单体的摩尔比为1:1。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述化学亚胺化法具体包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述脱水剂为乙酸酐；所述催化剂为吡啶或三乙胺；所述脱水剂与二胺的摩尔比为5:1；所述催化剂与二胺的摩尔比为2.5:1。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(12)中所述干燥时的梯度升温程序为60℃24h、90℃12h、120℃12h、150℃24h。
9.根据权利要求3所述的
10.权利要求1或2所述共聚聚酰亚胺气体分离膜材料在气体分离中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种共聚聚酰亚胺气体分离膜材料，其特征在于，具有式ι所示结构：
2.根据权利要求1所述的共聚聚酰亚胺气体分离膜材料，其特征在于，所述二酐单体为：
3.权利要求1或2所述共聚聚酰亚胺气体分离膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述3,5-二乙基-2,4-二氨基甲苯和3,5-二乙基-2,6-二氨基甲苯的摩尔百分比为76％：24％。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述二酐单体和二胺单体的摩尔比为1:1。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。