【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于聚酰亚胺气体分离膜，具体涉及一种磁功能化聚酰亚胺混合基质膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、氧气在人们的日常生活以及工业生产中扮演着及其重要的角色。例如，在生命活动中，氧气是维持生命的重要气体之一，人类和动物的呼吸过程均需要氧气的参与；氧气在身体内被运输到细胞中，参与新陈代谢过程，产生能量，维持身体的正常运转。又如，在工业生产中，氧气是重要的化工原材料以及助剂，在钢铁、化工、煤气等行业，氧气可以作为氧化剂参与反应，提高反应速率和效率，降低生产成本；同时在工业制造中，氧气还被用作助燃剂应用在特种焊接领域内；而在航空航天领域，氧气则是一种十分重要的燃料，火箭发动机中就利用液氧和液氢作为燃料来源进行工作；在医疗领域，氧气还经常被用于治疗呼吸系统疾病、心血管病等。因此，氧气在日常生活和生产中的消耗量巨大，是一种不可代替的重要生活和生产必须品。针对氧气的制取、富集、分离以及纯化也一直属于工业技术和科技发展的重要分支领域，而如何高效的富集和提纯氧气同样也成为社会各界广泛关注的焦点问题。传统的氧气富集、分离与纯化技术一般包括深冷分离、化学或物理吸附等方法，这些方法不仅能耗高且投资成本大，操作复杂且危险性高。而利用气体分离膜技术进行氧气的富集、分离与纯化，不仅可以大幅降低能耗，且成本较低，投资小，生产高效、安全、可靠。
2、聚酰亚胺高分子材料集各种优异特点于一身，例如优良的耐腐蚀性、较高的热稳定性和机械强度等，现已经被广泛应用于气体分离膜领域，并表现出优异的气体分离效果。同时，由于聚酰亚胺种类多种多样，其分子结构也千
3、但是，现有的聚酰亚胺混合基质膜大多数都是针对co2气体（主要是co2/ch4）的分离【参见中国专利参见文献cn113413777a、cn113694747a、cn114950146a、cn115232026a、cn115715939a、cn117258562a、cn118286894a等】，少数针对o2气体（主要是o2/n2）分离的聚酰亚胺混合基质膜也存在着o2/n2气体选择性较低（通常在6以下）的问题【参见中国专利文献cn107551835a、cn112717723a、cn118743932a等】。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决上述问题，提供一种o2/n2气体选择性≥8的磁功能化聚酰亚胺混合基质膜及其制备方法和应用。
2、实现本专利技术目的的技术方案是：一种磁功能化聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，具有以下步骤：
3、s1：制备磁性多孔填料。
4、s11：将纳米多孔填料分散到去离子水中，然后加入三价铁化合物，超声处理得到三价铁悬浊液。
5、s12：将二价铁化合物加入到去离子水中，搅拌溶解得到二价铁溶液。
6、s13：将步骤s11得到的三价铁悬浊液加热至40～70℃，然后缓慢滴加步骤s12得到的二价铁溶液，接着缓慢滴加碱液至反应体系呈碱性，滴完升温至80～100℃晶化1～3h。
7、s14：晶化结束后，经后处理得到磁性多孔填料。
8、上述步骤s11中，所述纳米多孔填料为凹凸棒土、碳纳米管、沸石、硅藻土、伊利石、海泡石、蒙脱石、坡缕石中的一种或者两种。
9、上述步骤s11中所述三价铁化合物与上述步骤s12中所述二价铁化合物的摩尔比为1∶1.25～1∶1.75。
10、上述步骤s11中，所述三价铁化合物为三氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或者两种；优选为三氯化铁。
11、上述步骤s12中，所述二价铁化合物为硫酸亚铁、氯化亚铁、碳酸亚铁、硫化亚铁中的一种或者两种；优选为硫酸亚铁。
12、上述步骤s13中，所述碱液为氢氧化纳溶液或者氨水，优选为氨水。
13、上述步骤s13中，所述碱性为ph=10～12。
14、s2：制备聚酰亚胺树脂。
15、s21：将二胺单体加入到有机溶剂中，升温至50～70℃，搅拌至二胺单体完全溶解，然后加入二酐单体，升温至80～100℃，搅拌反应至二酐单体完全溶解，升温至180～230℃，加入催化剂和甲苯进行回流带水反应，得到聚酰亚胺浆液。
16、s22：将步骤s21得到的聚酰亚胺浆液注入相转化液中得到丝状固体，再用相转化液对丝状固体反复清洗，最后干燥得到聚酰亚胺树脂。
17、上述步骤s21中，所述有机溶剂为1,3-二甲基-2-咪唑啉酮（dmi）、五氯苯酚、对氯苯酚（pcp）、n-甲基吡咯烷酮（nmp）、甲酚、间甲酚中的一种或者两种。
18、上述步骤s21中，所述二胺单体为3,7-二氨基-2,8-二甲基二苯并噻吩砜（ots）、2,2',5,5'-四氯联苯胺（tcb）、间苯二胺（mpd）中的一种或者两种。
19、上述步骤s21中，所述二酐单体为六氟二酐（6fda）、联苯二酐（bpda）、3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐（btda）、均苯四甲酸二酐（pmda）、4,4'-氧双邻苯二甲酸酐（odpa）中的一种或者两种。
20、上述步骤s21中，所述二胺单体与所述二酐单体的摩尔比为1∶0.95～1∶1.05。
21、上述步骤s21中，所述催化剂为异喹啉、吡啶、甲基吡啶、三乙胺中的一种，优选为异喹啉。
22、上述步骤s21中，所述催化剂的用量为所述二胺单体和所述二酐单体总重量的0.1～1%。
23、上述步骤s21中，所述甲苯与所述有机溶剂的体积比为1∶5～1∶30。
24、上述步骤s21中，所述回流带水反应时间为20～50h。
25、s3：制备磁功能化聚酰亚胺混合基质膜。
26、s31：将步骤s1制得的磁性多孔填料分散到有机溶剂中，超声处理得到填料悬浊液。
27、s32：将步骤s2制得的聚酰亚胺树脂加入到有机溶剂中，搅拌溶解得到聚酰亚胺树脂溶液。
28、s33：将步骤s31得到的填料悬浊液加入到步骤s32得到的聚酰亚胺树脂溶液中，搅拌使其混合均匀，然后进行超声处理，得到混合基质铸膜液。
29、s34：将步骤s33制得的混合基质铸膜液均匀涂敷到干净的玻璃板上，然后置于烘箱中，程序升温脱除溶剂，最后自然降至室温，将带膜玻璃板浸入蒸馏水进行剥离，得到磁功能化聚酰亚胺混合基质膜。
30、上述步骤s31和步骤s32中，所述有机溶剂为n,n-二甲基乙酰胺（dmac）、n,n-二甲基甲酰胺（dmf）、n-甲基吡咯烷酮（nmp）、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮（dmi）中的一种。
31、上述步骤s33中，所述混合基质铸膜液中的聚酰亚胺树脂的重量百分比为10～30wt%。
32、上述步骤s33中，所述混合基质铸膜液中的磁性多孔填料的重量百分比（也即掺杂量）为1～5wt%。
【技术保护点】
1.一种磁功能化聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征在于具有以下步骤：
2.根据权利要求1所述的磁功能化聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征在于：上述步骤S11中，所述纳米多孔填料为凹凸棒土、碳纳米管、沸石、硅藻土、伊利石、海泡石、蒙脱石、坡缕石中的一种或者两种；所述三价铁化合物为三氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或者两种。
3.根据权利要求1所述的磁功能化聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征在于：上述步骤S12中，所述二价铁化合物为硫酸亚铁、氯化亚铁、碳酸亚铁、硫化亚铁中的一种或者两种。
4.根据权利要求1所述的磁功能化聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征在于：上述步骤S13中，所述碱液为氢氧化纳溶液或者氨水，所述碱性为pH=10～12。
5.根据权利要求1所述的磁功能化聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征在于：上述步骤S21中，所述有机溶剂为1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、五氯苯酚、对氯苯酚、N-甲基吡咯烷酮、甲酚、间甲酚中的一种或者两种；所述二胺单体为3,7-二氨基-2,8-二甲基二苯并噻吩砜、2,2',5,5'-四氯联苯胺、间苯
6.根据权利要求1所述的磁功能化聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征在于：上述步骤S21中，所述催化剂的用量为所述二胺单体和所述二酐单体总重量的0.1～1%；所述催化剂为异喹啉、吡啶、甲基吡啶、三乙胺中的一种；所述甲苯与所述有机溶剂的体积比为1∶5～1∶30。
7.根据权利要求1所述的磁功能化聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征在于：上述步骤S31和步骤S32中，所述有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮中的一种。
8.根据权利要求1所述的磁功能化聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征在于：上述步骤S33中，所述混合基质铸膜液中的聚酰亚胺树脂的重量百分比为10～30wt%，所述混合基质铸膜液中的磁性多孔填料的重量百分比为1～5wt%。
9.一种权利要求1至8之一所述方法制得的磁功能化聚酰亚胺混合基质膜。
10.一种权利要求9所述的磁功能化聚酰亚胺混合基质膜在工业氧气的富集、分离以及提纯上的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种磁功能化聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征在于具有以下步骤：
2.根据权利要求1所述的磁功能化聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征在于：上述步骤s11中，所述纳米多孔填料为凹凸棒土、碳纳米管、沸石、硅藻土、伊利石、海泡石、蒙脱石、坡缕石中的一种或者两种；所述三价铁化合物为三氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或者两种。
3.根据权利要求1所述的磁功能化聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征在于：上述步骤s12中，所述二价铁化合物为硫酸亚铁、氯化亚铁、碳酸亚铁、硫化亚铁中的一种或者两种。
4.根据权利要求1所述的磁功能化聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征在于：上述步骤s13中，所述碱液为氢氧化纳溶液或者氨水，所述碱性为ph=10～12。
5.根据权利要求1所述的磁功能化聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征在于：上述步骤s21中，所述有机溶剂为1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、五氯苯酚、对氯苯酚、n-甲基吡咯烷酮、甲酚、间甲酚中的一种或者两种；所述二胺单体为3,7-二氨基-2,8-二甲基二苯并噻吩砜、2,2',5,5'-四氯联苯胺、间苯二胺中的一种或者两种；所述二酐单体为六氟二酐、联苯二酐、3,3',4,4'-二...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡锦平，吴建华，王斐，
申请(专利权)人：常州市尚科新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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