[发明专利]一种离子液体共混膜的制备及应用

说明书

本发明公开了一种离子液体共混的制备方法及应用，属于气体分离膜技术领域。其制备过程包括：制备聚氧乙烯‑聚己内酰胺嵌段共聚物溶液，在溶液中加入咪唑型室温离子液体，制得铸膜液；室温下干燥，并在真空条件下进一步干燥而成。本发明的优点在于：制备方法简单，离子液体固定于高分子链中，流失率低。所制得的复合膜用于气体分离，具有优异的综合性能。特别地，使用填充40％质量分数1‑丁基‑2，3‑二甲基咪唑六氟磷酸盐的共混膜具有高的CO₂渗透速率和CO₂/CH₄、CO₂/N₂选择性，加湿条件下纯气测试CO₂渗透系数可达695Barrer，CO₂/CH₄选择性为35，CO₂/N₂选择性为42。

技术领域

本发明涉及一种离子液体共混膜的制备及应用，属于气体膜分离技术领域。

背景技术

近年来，随着工业的发展，化石燃料燃烧，产生了大量CO₂气体。目前急需高效低成本的碳捕集技术。膜技术由于绿色、能耗低、设备投资低等优势得到了广泛关注，是目前有望大规模采用的技术之一。目前由于膜材料分离性能不高，限制了其进一步发展。设计制备具高渗透性和高选择性的膜材料是目前研究的热点。传统高分子材料具有良好的成膜性能和低成本特点，是膜材料的主体。但渗透性与选择性此消彼长的trade-off效应限制了膜材料的应用，基于高分子的研究在于继续提升膜的渗透性和选择性。

离子液体特别是室温离子液体由于低挥发性，是一种理想的应用于碳捕集的材料，在吸收领域已得到了较为广泛的应用。目前离子液体膜主要制备为支撑液膜，其机械稳定性较差，特别在高压条件下，离子液体容易流失。将离子液体与高分子材料共混，利用高分子链段与粒子液体间的强弱相互作用来制备膜材料，是一种行之有效的方法。目前离子液体与高分子共混膜已有部分应用与气体分离领域，以成膜性能良好的聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物作为主体有望改善离子液体的稳定性。特别对于咪唑型离子液体，将其共混于高分子后，在加湿条件下可以发挥咪唑基团的促进传递作用，从而显著改善膜的分离性能。

发明内容

本发明的目的在于一种离子液体共混膜的制备方法和应用。以此方法制备的离子液体共混膜用于分离CO₂/CH₄、CO₂/N₂混合物，具有较高的CO₂渗透速率和分离因子。

本发明提出的一种离子液体共混膜，主要组分为聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物以及咪唑型离子液体；其中，咪唑型离子液体的质量分数为5-50％。

其中，所述咪唑型离子液体为1-丁基-2，3-二甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3甲基咪唑二氰胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基盐中任一含咪唑的室温离子液体。

制备上述离子液体共混膜的方法，包括以下步骤：

步骤一、将一定质量的聚氧乙烯链段质量分数为55-60％的聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物加入质量分数为65-75％的乙醇溶液中，回流加热到75～90℃，使其中的聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物完全溶解，冷却至室温，制得质量分数为2-7％的聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物溶液；

步骤二、取一定质量的聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物溶液，滴加入咪唑型离子液体制得混合溶液A，其中，所述咪唑型离子液体占聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物的质量分数为5-50％，磁力搅拌使其中的咪唑型离子液体完全溶解，冷却至室温制得铸膜液；

步骤三、将步骤二制得的铸膜液加入聚四氟乙烯培养皿中，室温下固化成膜，于35-60℃真空条件下干燥24～48h，即得离子液体共混膜。