[发明专利]一种聚酰亚胺气体分离膜的绿色制备方法

说明书

本发明属于膜分离技术领域，尤其涉及一种聚酰亚胺气体分离膜的绿色制备方法。所述膜的制备过程采用以下工艺步骤：(1)水溶性聚酰亚胺的合成：将制备的羟基聚酰亚胺溶于N,N‑二甲基甲酰胺后，加入磺化或羧化试剂和K₂CO₃，56℃下反应20h，将产物溶于甲醇与二氯甲烷混合溶液中进行重结晶，得水溶性聚酰亚胺；(2)聚酰亚胺气体分离膜的制备：以水为溶剂，将水溶性聚酰亚胺溶解于水中制成铸膜液，均匀刮涂在四氟乙烯板上，室温放置12h后，放入50℃烘箱中干燥6h，即得产品聚酰亚胺气体分离膜。本发明基于绿色制膜技术，制膜过程用水取代有机溶剂铺膜，因此无挥发性有机蒸汽产生。制备的聚酰亚胺气体分离膜，CO₂气体的渗透性能好，对CO₂/N₂的分离因子高。

技术领域

本发明属于高新技术及气体分离膜制备领域，尤其涉及一种聚酰亚胺气体分离膜的绿色制备方法。

背景技术

近年来，由于煤、石油、天然气等化石燃料燃烧和机动车排气等人类活动，“温室效应”日益严重，全球气候变暖、海平面上升、地球病虫害、生物物种濒危、土地干旱、沙漠化等环境问题日益凸显。CO₂是主要的温室气体，对温室效应的贡献率高达76％。因而，从燃烧尾气中分离、回收CO₂是减缓温室效应的重要途径。除环保需求外，CO₂的分离也与众多工业过程中密切需要相关，如天然气的净化、垃圾填埋气体回收及石油采收过程等。天然气和沼气中含有高浓度的CO₂，酸性气体的存在不仅使天然气的燃烧热值降低，还会腐蚀设备及气体运输管道，产生极大的安全隐患。此外，CO₂也是石化、食品、农业、石油开采、超临界萃取等行业重要的化工原料，将CO₂作为新的碳资源分离再利用，不但能有效减少CO₂排放，还可生产大量的有用化工产品，产生良好的经济效益。

常用的CO₂分离技术主要包括吸收法、吸附法、深冷分离法、膜分离法等，其中膜分离法因具有分离性能好、能耗低、对环境无污染、过程简单等优点，在CO₂分离领域显示出极好的应用前景。目前，用于CO₂分离膜的聚合物材料包含聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚砜、聚硅氧烷、乙烯-醋酸乙烯酯、聚醚类为主。聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环(-CO-NH-CO-)的一类聚合物，因其稳定的化学结构，优良的机械性能和高的自由体积，在分离气体混合物时能在具有较高渗透通量的同时还保持加高的选择性，所以广泛地应用于气体分离膜的制备。但是，聚酰亚胺膜普遍采用溶剂挥发法制备而成，成膜过程中需要挥发大量的有机溶剂(约80wt％)，不仅会造成极严重的环境污染，同时也是一种资源浪费，此外，生产环境中弥散的大量有机蒸汽也会造成巨大的安全隐患。因此如何减少聚合物膜制备过程中有机溶剂的使用量，避免溶剂挥发所造成的环境污染及其安全隐患，获得高效CO₂分离膜的绿色制备方法始终是膜领域技术人员的研发重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚酰亚胺气体分离膜的绿色制备方法，以克服现有聚酰亚胺膜制备技术的缺陷。

本发明提供的一种聚酰亚胺气体分离膜的绿色制备方法，其特征在于包括如下步骤：

A.水溶性聚酰亚胺的合成：称取5～10份的二胺单体溶于15～30份的N-甲基吡咯烷酮中，在氮气氛围中溶解1h后，加入5～10份的二酸酐，冰水浴下反应3h后，加入20份共沸剂，180℃条件下冷凝回流6h，冷却至室温后，用去离子水洗3次，150℃烘箱干燥，得到羟基聚酰亚胺；将10份羟基聚酰亚胺溶于30份N,N-二甲基甲酰胺后，加入1.5～6.5份磺化或羧化试剂和10～30份K₂CO₃，56℃下反应20h，将产物溶于体积比为3:1、2:1以及1:1的甲醇与二氯甲烷混合溶液中进行重结晶，得水溶性聚酰亚胺；