[发明专利]一种应用于CO2

说明书

本发明具体公开了一种应用于CO2分离的聚酰亚胺混合基质膜及其制备方法。首先制备溴改性的锆金属有机框架，对聚乙二醇进行改性，得到一端是羟基、另一端为氨基的聚乙二醇，同时以3,5‑二氨基苯甲酸、均苯四甲酸二酐和4,4’‑二氨基二苯醚为单体，制备侧链含羧基聚酰胺酸前驱体，在通过亚胺化反应得到了侧链含羧基聚酰亚胺；最后以聚乙二醇为桥梁，一端和锆金属有机框架通过取代反应连接，另一端通过缩合反应和和侧链含羧基聚酰亚胺连接，得到一种聚酰亚胺混合基质膜。本发明解决了金属有机框架和聚酰亚胺层间存在明显的非选择性空隙的问题，提高了锆金属有机框架在基膜中的分散性，增强了膜对CO₂的分离。

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，具体为一种应用于CO₂分离的聚酰亚胺混合基质膜及其制备方法。

背景技术

二氧化碳(CO₂)既是一种重要的工业原料，同时又是全球变暖的罪魁祸首，因此CO₂的捕集在应用和环保层面都具有举足轻重的意义。与传统技术相比，膜法CO₂的捕集技术具有设备简单、环境污染小等优点，被公认为20世纪至21世纪中期最有发展前途的技术之一。

聚酰亚胺是通过各种二胺和二酐单体的聚合反应合成的玻璃状聚合物家族。近年来，聚酰亚胺由于其出色的CO₂分离性能，高耐化学性，优异的热稳定性和机械强度而引起广泛的关注，利用胺基团的功能单体和酸性气体之间所具有的酸碱亲和作用，可制备出性能突出的气体分离膜材料。然而，现有聚酰亚胺材料的气体渗透性能不足，往往需要对其进行改性以更好地满足实际应用的要求。

中国专利CN111111464A公开了一种超高二氧化碳气体选择性分离复合膜的结构设计及制备方法,结构设计如下:静电纺丝聚丙烯腈(PAN)纤维薄膜层,具有高气体选择性的环糊精类金属有机框架材料(MOF)聚合物层,制备方法为两步旋转涂覆法,包括如下步骤:MOF晶体的制备,PAN静电纺丝膜的制备,选择性分离复合膜的制备、溶剂脱除、真空干燥。本发明的薄膜在结构上设计为三层复合膜,以PAN纤维薄膜为基体层作为力学支撑层,多孔的MOF层具有气体选择性透过能力,聚合物层使复合膜有很好的力学性能,在CO₂/N₂、CO₂/O₂等气体的分离中具有超高的CO₂选择性和较高的CO₂透过系数,具有足够的能力来分离、捕捉和提纯CO₂,在减缓温室效应、减少空气污染方面具有很大的潜力。但是，金属有机框架和聚合物层之间存在明显的非选择性空隙，这将导致CO₂选择性的下降。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种应用于CO₂分离的聚酰亚胺混合基质膜及其制备方法，解决了金属有机框架和聚合物层之间存在明显的非选择性空隙，导致CO₂选择性的下降的问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提出如下技术方案：

一种应用于CO₂分离的聚酰亚胺混合基质膜，其制备方法如下：

(a)制备溴改性的锆金属有机框架：

将氯化锆、2-溴对苯二甲酸、二甲基甲酰胺混合，超声处理，以确保所有反应物完全溶解，得到混合物；将对苯二甲酸和二甲基甲酰胺倒入上述混合物中，进行超声处理，超声后静置，沉淀的颗粒用二甲基甲酰胺和甲醇洗涤和离心，除去未反应的杂质，在60℃真空下干燥过夜，得到溴改性的锆金属有机框架。

(b)制备聚乙二醇接枝锆金属有机框架