CN103055727A - 一种包含纳米SiO2粒子的气体分离杂化膜制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包含纳米SiO2粒子的气体分离杂化膜制备方法，以聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯两亲嵌段共聚物为乳化剂，苯乙烯与丙烯酰胺或苯乙烯与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的混合物为油相介质，硅酸酯为硅源，氨水为水解催化剂，采用反相微乳液法合成纳米SiO2粒子，再通过微乳液聚合制备包含纳米SiO2粒子的杂化膜。使用本发明得到的纳米SiO2粒子粒径在10-50nm左右，所制备的包含SiO2的杂化膜表现出较好的CO2渗透性能和CO2 /N2渗透选择性。

Description

一种包含纳米SiO2粒子的气体分离杂化膜制备方法
技术领域
本发明涉及无机纳米粒子的合成、膜的制备以及气体分离技术领域，尤其涉及一种包含纳米SiO2粒子的气体分离杂化膜及其制备方法。
背景技术
CO2的捕获、分离及脱除是环境保护、能源高效利用、石油化学工业节能增效等领域中的重要过程技术。因此高效CO2分离及脱除技术的开发对实现社会和经济的可持续发展具有重要的意义。
与传统的化学吸收、变压吸附等分离技术相比，膜法CO2分离技术具有投资省、能耗低、操作简便等特点。高分子膜具有较好的分离选择性，目前仍是最有使用价值的CO2分离膜，但主要缺点是存在CO2塑化及物理老化问题。
有机/无机杂化是改善高分子膜CO2渗透选择性及抗塑化与物理老化问题的有效方法之一。纳米SiO2具有特殊的结构和性质，一方面硅和氧是同族元素，Si=O键和C=O键结构相似，符合膜材料选择的相似相容原则；另一方面，纳米SiO2具有多孔结构，能够吸附更多的CO2分子。本发明通过微乳液及其聚合法制备包含有纳米SiO2粒子的气体分离杂化膜，表现出较好的分离性能。
发明内容
本发明提供了一种纳米SiO2粒子及包含纳米SiO2粒子杂化膜的制备方法，依此方法可在一定程度上按需调控膜的结构，制备出性能较好的CO2分离膜。
一种纳米SiO2粒子及包含SiO2的杂化气体分离膜的制备方法，包括以下步骤：
(a) 将聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯两亲嵌段共聚物溶解于油相介质中，超声条件下加入氨水溶液制得反相微乳液A；
(b) 超声条件下将硅源加入到微乳液A中，通过硅酸酯的水解反应得到包含纳米SiO2的反相微乳液B；
(c) 将引发剂偶氮二异丁腈加入反相微乳液B中，在60℃的水浴中搅拌使其发生微乳液聚合反应；当微乳液聚合体系粘度达到50mPa.s后停止加热和搅拌，静止脱泡，获得乳胶状的铸膜液；
(d) 室温条件下将铸膜液均匀的涂覆在多孔支撑膜上，然后将其放入75℃的干燥箱中继续反应，干燥，制得厚度为5-20微米的包含有纳米SiO2粒子的杂化膜。
所述的方法，所述的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯两亲嵌段共聚物为商品牌号Pluronic的嵌段共聚物，平均分子量为1000-15000。
所述的方法，所述的油相介质为苯乙烯与丙烯酰胺或苯乙烯与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的混合物。
所述的方法，所述的硅源为正硅酸乙酯、正硅酸丁酯中的一种。
所述的方法，所述步骤(a)，反相微乳液A中聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯两亲嵌段共聚物与油相介质的质量体积比为50-500g/L；氨与油相介质的质量体积比为5×10-4-5×10-2g/L；水与油相介质的质量体积比为10-4-10-2 g/L。
所述的方法，所述步骤(b)，反相微乳液B中硅源与油相介质的质量体积比为20-200g/L。
本发明以聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯两亲嵌段共聚物作乳化剂，苯乙烯与丙烯酰胺或苯乙烯与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的混合物为油相介质，正硅酸乙酯、或正硅酸丁酯中的一种为硅源，氨水为水解催化剂，采用反相微乳液法制备纳米SiO2粒子；通过微乳液聚合获得包含有SiO2纳米粒子的铸膜液；将包含有SiO2纳米粒子的铸膜液均匀地涂覆在多孔支撑膜上；再将涂有铸膜液的多孔支撑膜放入干燥箱中让铸膜液继续反应、干燥，即制得一定厚度的包含纳米SiO2粒子的杂化膜。
采用本发明的制备方法可以简便地通过改变反相微乳液的组成来调控SiO2纳米粒子的形貌，进而调控杂化膜的结构和性能，从而得到不同结构和性能的杂化膜。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
将平均分子量为12600的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯两亲嵌段共聚物3g加入到20mL苯乙烯和10mL丙烯酰胺中，30℃水浴中搅拌至溶解，滴加浓度为1mol/L的氨水溶液100微升，超声30min，获得反相微乳液A。
30℃超声条件下，将2.5mL的正硅酸乙酯加入到微乳液A中，在氨水的催化作用下水解5小时，得到包含有纳米SiO2粒子的微乳液B，SiO2粒子平均粒径为25nm。
向反相微乳液B加入偶氮二异丁腈0.15g于60℃水浴锅中搅拌反应，当体系粘度达到50mPa·s后静置脱泡得到铸膜液；
在室温条件下，将铸膜液均匀的涂覆在截留分子量为35000的聚砜多孔支撑膜上，铸膜液涂覆层厚度为40微米；将涂有铸膜液的多孔支撑膜放入75℃的干燥箱中让铸膜液继续反应、干燥6小时，制得厚度为13.5微米的包埋有纳米SiO2粒子的杂化膜。
采用标准的测试装置进行杂化膜的气体渗透系数测试。本实施实例所制备的杂化膜CO2的渗透系数为3.02×10-11 cm3(STP)·cm/cm2·s·pa，N2的渗透系数为5.95×10-13cm3(STP)·cm/cm2·s·pa，CO2 /N2渗透选择性为50.7。
实施例2
将平均分子量为8400的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯两亲嵌段共聚物3.5g加入到22mL苯乙烯和8mL甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中，30℃水浴中搅拌至溶解，滴加浓度为1mol/L的氨水溶液150微升，超声30min，获得反相微乳液A。
将4mL的正硅酸乙酯，在30℃超声条件下加入到微乳液A中，在氨水的催化作用下水解5小时，得到包含有纳米SiO2粒子的微乳液B，SiO2粒子平均粒径为26nm。
向反相微乳液B加入偶氮二异丁腈0.15g于60℃水浴锅中搅拌反应，当体系粘度达到50mPa·s后静置脱泡，得到铸膜液；在室温条件下，将铸膜液均匀的涂覆在截留分子量为35000的聚砜多孔支撑膜上，涂覆层厚度为40微米。将涂有铸膜液的多孔支撑膜放入75℃下的干燥箱中继续反应、干燥6小时，制得厚度为14.5微米的包埋有纳米SiO2粒子的杂化膜。
本实施例所制备的杂化膜CO2的渗透系数为3.21×10-11 cm3(STP)·cm/cm2·s·pa，N2的渗透系数为6.18×10-13cm3(STP)·cm/cm2·s·pa，CO2 /N2渗透选择性为51.9。
实施例3
将平均分子量为5750聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯两亲嵌段共聚物4g加入到25mL苯乙烯和5mL甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中，30℃水浴中搅拌至溶解，滴加浓度为1.5mol/L的氨水溶液120微升，超声30min，获得反相微乳液A。
30℃超声条件下，将5mL的正硅酸丁酯加入到微乳液A中，在氨水的催化作用下水解5小时，得到包含有纳米SiO2粒子的微乳液B，SiO2粒子平均粒径为34nm。
向包含有纳米SiO2的反相微乳液B加入偶氮二异丁腈0.15g于60℃水浴锅中搅拌反应，当体系粘度达到50mPa·s后静置脱泡，在室温条件下，将铸膜液均匀的涂覆在多孔支撑膜上，涂覆层厚度为40微米。将涂有铸膜液的多孔支撑膜放入75℃下的干燥箱中继续反应、干燥6小时，制得厚度为13微米的包埋有纳米SiO2粒子的杂化膜。
本实施实例所制备的杂化膜CO2的渗透系数为2.82×10-11 cm3(STP)·cm/cm2·s·pa，N2的渗透系数为5.77×10-12cm3(STP)·cm/cm2·s·pa，CO2 /N2渗透选择性为48.9。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种包含纳米SiO2粒子的气体分离杂化膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a) 将聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯两亲嵌段共聚物溶解于油相介质中，超声条件下加入氨水溶液制得反相微乳液A；
(b) 超声条件下将硅源加入到微乳液A中，通过硅酸酯的水解反应得到包含纳米SiO2的反相微乳液B；
(c) 将引发剂偶氮二异丁腈加入反相微乳液B中，在60℃的水浴中搅拌使其发生微乳液聚合反应；当微乳液聚合体系粘度达到50mPa.s后停止加热和搅拌，静止脱泡，获得乳胶状的铸膜液；
(d) 室温条件下将铸膜液均匀的涂覆在多孔支撑膜上，然后将其放入75℃的干燥箱中继续反应，干燥，制得厚度为5-20微米的包含有纳米SiO2粒子的杂化膜。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯两亲嵌段共聚物为商品牌号Pluronic的嵌段共聚物，平均分子量为1000-15000。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的油相介质为苯乙烯与丙烯酰胺或苯乙烯与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的混合物。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的硅源为正硅酸乙酯、正硅酸丁酯中的一种。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(a)，反相微乳液A中聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯两亲嵌段共聚物与油相介质的质量体积比为50-500g/L；氨与油相介质的质量体积比为5×10-4-5×10-2g/L；水与油相介质的质量体积比为10-4-10-2 g/L。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(b)，反相微乳液B中硅源与油相介质的质量体积比为20-200g/L。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103521100A (zh) * 2013-10-29 2014-01-22 天津大学 高分子-功能化介孔二氧化硅杂化膜及制备方法和应用
CN104028124A (zh) * 2014-06-18 2014-09-10 天津大学 聚氧乙烯型高分子-无机杂化膜及制备方法和应用
CN104258744A (zh) * 2014-09-10 2015-01-07 浙江工商大学 一种碳纳米管/聚氨酯气体分离膜的制备方法及其产品
CN113845117A (zh) * 2020-06-28 2021-12-28 中国石油天然气股份有限公司 一种油水两亲性二氧化硅纳米粒子及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102294184A (zh) * 2011-07-07 2011-12-28 浙江工商大学 一种有机/无机杂化膜及其制备方法
CN102580570A (zh) * 2012-02-27 2012-07-18 浙江工商大学 一种固载Ag+促进传递膜及其制备方法和应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102294184A (zh) * 2011-07-07 2011-12-28 浙江工商大学 一种有机/无机杂化膜及其制备方法
CN102580570A (zh) * 2012-02-27 2012-07-18 浙江工商大学 一种固载Ag+促进传递膜及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
于春晓等: "疏水介孔二氧化硅膜的制备与表征", 《无机化学学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103521100A (zh) * 2013-10-29 2014-01-22 天津大学 高分子-功能化介孔二氧化硅杂化膜及制备方法和应用
CN103521100B (zh) * 2013-10-29 2014-12-17 天津大学 高分子-功能化介孔二氧化硅杂化膜及制备方法和应用
CN104028124A (zh) * 2014-06-18 2014-09-10 天津大学 聚氧乙烯型高分子-无机杂化膜及制备方法和应用
CN104258744A (zh) * 2014-09-10 2015-01-07 浙江工商大学 一种碳纳米管/聚氨酯气体分离膜的制备方法及其产品
CN113845117A (zh) * 2020-06-28 2021-12-28 中国石油天然气股份有限公司 一种油水两亲性二氧化硅纳米粒子及其制备方法

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