[发明专利]用于选择性分离二氧化碳的聚酰亚胺混合基质膜及其制备和应用

说明书

本发明公开一种用于选择性分离二氧化碳的聚酰亚胺混合基质膜及其制备和应用，(1)将介孔二氧化硅悬浮液与离子液体溶液混合，均匀分散反应后经洗涤、干燥处理得固载离子液体的介孔二氧化硅材料，记为复合掺杂材料；(2)将所得复合掺杂材料与4,4’‑二氨基二苯醚及3,3’,4,4’‑联苯四甲酸二酐均匀混合并调节至预设粘度，得铸膜液；(3)将所得铸膜液涂敷于支撑材料上，并在140～160℃热处理0.5～2小时，而后升温至350℃热处理1～3小时，冷却至室温，经脱膜处理后即得。本申制备得到的混合基质膜兼具良好的选择性和渗透性。

技术领域

本发明涉及气体分离膜的技术领域，具体涉及一种掺杂介孔二氧化硅固载离子液体的聚酰亚胺混合基质膜的制备方法及其产品。

背景技术

高速发展的工业和急速提升的消费需求每年消耗了越来越多的石油类燃料，同时排放了大量的CO₂等温室气体，从而引起气候变暖和海洋酸化等全球性的环境问题。目前各国政府都已经提出了限制石油类燃料的消耗，并减少碳排放的严格政策规定。但近十几年仍难以彻底摆脱石油类燃料而完全有效抑制碳排放，另外如何降低目前大气中升高的CO₂浓度也是全球环境治理面临的主要挑战。

已有CO₂捕获方法有低温蒸馏、胺吸收和膜分离等，这些技术在实现源头减少CO₂排放方向都具有一定的应用前景。特别是由于节能和操作方便等优点，膜分离技术选择性分离CO₂越来越受到全球研究者的广泛关注。目前成功应用于工业气体分离(如H₂分离)的高分子膜还具有成本效益、耐用性和灵活性等优点。但目前的CO₂分离膜因其无法兼具渗透性和高原则性，限制了高分子膜应用的推广。

发明内容

本发明提供一种用于选择性分离CO2的聚酰亚胺混合基质膜及其制备和应用，该分离膜同时具备优异的渗透性和高选择性。

一种用于选择性分离CO₂的聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将介孔二氧化硅悬浮液与离子液体溶液混合，均匀分散反应后经洗涤、干燥处理得固载离子液体的介孔二氧化硅材料，记为复合掺杂材料；

(2)将所得复合掺杂材料与4,4’-二氨基二苯醚和3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐均匀混合并调节至预设粘度，得铸膜液；

(3)将所得铸膜液涂敷于支撑材料上，并在140～160℃热处理0.5～2小时，而后升温至350℃热处理1～3小时，冷却至室温，经脱膜处理后即得。

可选的，所述介孔二氧化硅材料粒径＜100nm，比表面积为300m²/g～500m²/g，其平均孔径在5～10nm，孔容为0.1～0.5cm³/g。可以通过市售或者实验室制备获得。

可选的，所述离子液体为咪唑类离子液体，进一步地，包括但不限于甲基咪唑类离子液体，优选为[hmim]Tf2N。均通过市售获得。

可选的，所述介孔二氧化硅悬浮液中介孔二氧化硅的浓度为10～60mg/mL。

可选的，所述离子液体溶液中离子液体的浓度为2～20mg/mL。

可选的，所述介孔二氧化硅悬浮液与离子液体溶液的混合体积比为1：1。

进一步地，所述介孔二氧化硅悬浮液中介孔二氧化硅的浓度为15～25mg/mL；所述离子液体溶液中离子液体的浓度为2～10mg/mL；所述介孔二氧化硅悬浮液与离子液体溶液的混合体积比为1：1。

更进一步地，所述介孔二氧化硅悬浮液中介孔二氧化硅的浓度为20mg/mL；所述离子液体溶液中离子液体的浓度为4～8mg/mL；所述介孔二氧化硅悬浮液与离子液体溶液的混合体积比为1：1。