[发明专利]一种CO2分离膜材料及复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子分离膜技术，具体地说是制备出含有促进传递官能团和醚氧官能团的CO₂优先渗透的分离膜。

背景技术

CO₂的分离和去除是一项非常有潜力且有工业前景的分离过程。氢气是未来的主要能源之一；目前氢气的主要来源还是通过烷烃的重整和水合气反应，过程中产生了CO₂杂质气体，为了得到纯的氢源，CO₂的去除显得十分重要。天然气是当今世界近几十年的主要能源和化工原料之一，而天然气产品中常常含有大量的CO₂杂质，这样既影响了天然气的燃烧的质量也会腐蚀输送天然气的管路和设备(CO₂是酸性气体)。CO₂还是一种主要的温室气体，从烟道气中(主要含有氮气和二氧化碳)除去CO₂，对减少温室效应有很大的作用。

目前分离CO₂主要有溶剂吸收法、变压吸附法、低温分离法、膜分离法和这些方法的组合应用等。前三者因设备投资大、成本高、工艺复杂，限制了它们在实际中的应用；膜分离法具有占地少、投资省、成本低的优势。

商业化的膜分离材料例如聚砜、醋酸纤维素、聚酰胺和聚酰亚胺等，这些玻璃态聚合物具有有很强的筛分能力，主要靠的是扩散选择性来分离气体；所以人们常常通过改变结构提高聚合物筛分能力来提高聚合物的气体分离性能，因为气体的扩散系数对要比溶解度系数对聚合物的结构敏感的多。但很多的原料气例如：原始的天然气中含有分压和含量都很高的CO₂的气体，它所引起的塑化现象能使聚合物的筛分能力大幅下降，所以仅仅通过提高聚合的筛分能力(提高扩散选择性)有时也很难提高气体的分离性能，特别是气体中含有大量的CO₂等酸性气体。目前越来越多的人们开始关注提高溶解选择性来提高聚合物膜分离性能的方法。Benny等人他们合成交联的PEO，具有很高的CO₂/其他气体的溶解选择性，从而具有了很好的气体分离性能，而且他们表明了在水汽的作用的性能更好，因为实际的氢气分离中含有一定量的水汽。Feng等人也证明了含有氨基的聚合物在水汽下作用下具有良好的气体分离性能。醚氧基团和氨基都是高度亲水的基团，水汽的存在可以使得CO₂得透气性进一步加大，并且与其他气体有良好的分离性能。

发明内容

本发明的目的在于制备出含有促进传递官能团和醚氧官能团的CO₂优先渗透的CO₂分离膜材料及复合膜的制备方法。本发明把两种对CO₂都有一定作用的基团结合在一起合成共聚物，含促进传递官能团和含醚-氧基团，用共聚物制备的复合膜具有良好的气体分离性能，其是一种相对于H₂、CO₂可优先渗透的分离膜，本发明进一步开发出中空纤维复合膜或卷式复合膜组件。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

选用含叔胺基的丙烯酸氨基酯和含醚氧基团的聚乙二醇丙烯酸酯单体，在引发剂作用下聚合，通过交联剂交联然后在平板基膜或中空纤维基膜上沉浸制复合膜。

具体地说，本发明的制备方法其步骤如下：

DM(丙烯酸氨基酯)和PEGA(聚乙二醇丙烯酸酯)共聚并交联的膜材料及复合膜的制备方法，其步骤如下：

(1)PDM-PEGA共聚物的制备：将DM和PEGA加入到四氢呋喃溶剂中，然后加入引发剂，其中DM与PEGA总和质量分数为5％～90％，引发剂质量分数为0.07％～1％，然后50～90℃的油浴加热回流，反应10～30h，待溶液冷却至常温倒入搅拌中的非极性溶剂中沉淀，得到白色粘状聚合物，然后真空烘箱中70～120℃烘20～30h，得到淡黄色透明的聚合物PDM-PEGA；

(2)平板及中空纤维复合膜的制备：将制得的PDM-PEGA溶解于溶剂中，然后取XDC(二氯化二甲苯)作为交联剂也溶于溶剂中，然后两种溶液混合形成混合液，浸没中空纤维底膜或倒在处理后的聚合物平板底膜上，然后膜在常温干燥，重复上述涂层步骤2～5次，最后常温干燥12～24h，得到中空纤维复合膜或平板复合膜，涂层厚度为1～5μm；

(3)膜的保存：膜存放在干燥器中常温下保存。