[发明专利]三维结构TiO2-氧化石墨烯纳米复合物原位聚合掺杂聚酰亚胺膜及其制备

说明书

本发明公开了一种三维结构TiO₂‑氧化石墨烯纳米复合物原位聚合掺杂聚酰亚胺膜及其制备，制备方法包括如下步骤：(1)以钛酸四丁酯为钛源，采用沉淀‑浸渍法制备三维结构TiO₂‑氧化石墨烯纳米复合物；(2)将所得三维结构TiO₂‑氧化石墨烯纳米复合物与N，N’‑二甲基乙酰胺、4，4’‑二氨基二苯醚和3，3’，4，4’‑联苯四甲酸二酐混合均匀，搅拌反应至体系粘度达到280～320mPa·s，得铸膜液；(3)将铸膜液玻在璃板上涂覆制膜，然后将涂覆有铸膜液的玻璃板放入120～160℃的烘箱中热处理0.5～1.5小时，再升温至300～400℃热处理1～3小时，然后冷却至室温即得。本发明制备方法简单，制备得到的掺杂聚酰亚胺膜气体渗透性能好。

技术领域

本发明涉及分离膜和纳米复合材料技术领域，具体涉及一种三维结构 TiO₂-氧化石墨烯纳米复合物原位聚合掺杂聚酰亚胺膜及其制备方法。

背景技术

工业的高速发展和化石燃料的大量使用，导致以CO₂为代表的温室气体排放成为目前引人注目的全球环境问题。低碳技术以及新能源开发等虽然可以从源头上有效减少CO₂等温室气体的排放，但要彻底解决温室效应问题也需要开发CO₂等温室气体的捕获、储存、分离及脱除技术。目前，分离和脱除CO₂最常用的是碱吸收技术，该技术的缺点是效率低、有二次污染等。因此开发新型、高效的CO₂分离及脱除技已成为环境治理领域的新研究热点。膜分离技术具有能耗低、无污染等特点，被认为是最有效的 CO₂分离及脱除技术。聚酰亚胺是目前最有应用价值的CO₂分离膜材料，它由芳香二元酸酐和二元胺缩聚而成，分子主链上含有刚性的芳环结构，耐热性、机械强度和耐溶剂性能很好，主要缺点是渗透性能较低。

利用无机纳米材料掺杂构建混合基质膜是改善聚酰亚胺膜CO₂渗透性的有效方法之一。在众多的无机纳米材料中，石墨烯被证明在构建混合基质膜中具有潜在的应用价值，Hu等以叠层沉积的方法制备出了一种掺杂氧化石墨烯的聚酰亚胺分离膜，实验发现，该膜可以使水分子稳定流过氧化石墨烯片层，同时又能以电荷效应和孔筛分效应有效阻挡需要去除的杂质(Hu M，Mi B.Enabling Graphene Oxide Nanosheets as Water SeparationMembranes[J].Environment Science Technology，2013，47:3715-3723)。程诚采用异氰酸酯对石墨烯进行化学接枝修饰，再将修饰后的石墨烯原位聚合掺杂到聚酰亚胺中制备混合基质膜，膜的CO₂渗透通量为322.9 Barrer，CO₂/N₂渗透选择性为27.7(程诚，功能化石墨烯/聚酰亚胺杂化膜构建及其分离性能研究，浙江工商大学硕士学位论文，杭州，2015.12)。

专利CN201410457557.8公开了一种石墨烯/聚氨酯杂化气体分离膜的制备方法，将功能化石墨烯与N，N-二甲基甲酰胺混合得到混合液，超声分散均匀后，向混合液中加入1，4-丁二醇、4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡进行原位聚合反应，当反应体系粘度达到一定时，将反应液涂覆在多孔支撑体上，经热处理，干燥得到石墨烯/聚氨酯杂化气体分离膜。膜的CO₂渗透系数为77.9Barrer，CO₂/N₂渗透选择性可达40。