CN103599707A - 一种支撑离子液体凝胶膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种支撑离子液体凝胶膜及其制备方法，属于膜分离技术领域。该膜由高分子微孔膜负载离子液体凝胶组成，离子液体凝胶的质量占支撑凝胶膜总质量的30％～80％。所述膜的制备步骤为：首先采用浸渍法将凝胶前体溶液注入高分子微孔膜中，经过紫外光引发使凝胶前体溶液凝胶化，制得支撑离子液体凝胶型气体分离膜。本发明制备的支撑离子液体凝胶膜，既具有高的气体渗透通量和较大的气体分离因子，也可避免膜在较高跨膜压差下的液体渗漏，增强膜的性能稳定性，延长膜的使用寿命。该方法简单易控，所制备的支撑离子液体凝胶膜主要用于工业排放废气中的酸性气体捕集，航天器、潜水艇等密闭舱室中的CO2分离等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种支撑离子液体凝胶膜及其制备方法，属于膜分离技术领域。
背景技术
酸性气体，如CO2、SO2、H2S等，是主要的大气污染物，也是以石油为基础的石化工业主要的污染物，这类组分不仅影响产品质量，而且形成酸液，严重腐蚀设备和管路。因此，富集和回收酸性气体是资源环境领域的重要课题。离子液体支撑液膜是一种新型绿色分离技术，由孔隙中浸满离子液体的多孔聚合物膜支撑体构成，它结合了膜技术与离子液体双重优势，在用于酸性气体分离时，不仅具有较高的热稳定性和化学稳定性，还具有选择分离效率高、气体渗透通量大、膜溶剂用量少、萃取和反萃取在统一过程中完成、易实现中试且资金投入少等优点。中国专利201110037748.5公开了一种可用于分离气体中CO2的离子液体支撑液膜的制备方法，该方法是通过物理浸渍法向多孔膜中负载离子液体，可以获得较高的CO2渗透通量和较大的分离因子。江滢滢等(中国化学工程学报(英文版)，2009，4：594-601)以咪唑型离子液体为液膜相，研究了支撑离子液体膜对SO2、CO2等酸性气体的渗透性和选择性。沈江南等(化工进展，2009，12：2092-2098)提供了一种制备离子液体支撑液膜的新思路，即利用离子液体粘度随温度变化明显的特点，通过升温方式促进其流动，使其充满支撑膜微孔，再通过降温产生的高粘度使液稳定的固定在膜孔内。但现有的离子液体支撑液膜存在长期运行稳定性差的问题，同时在高跨膜压差下支撑液膜中的液膜相容易泄露，导致膜的分离选择性能下降。
与以往技术不同，本发明在充分实验的基础上提出并实现了一种支撑离子液体凝胶膜的制备方法，将其用于混合气中的酸性气体分离。本发明通过紫外光引发单体交联聚合，将负载到多孔膜孔隙中的离子液体凝胶化，制备出了在高跨膜压差下适用的支撑离子液体凝胶膜。凝胶作为一种介于固、液相之间的特殊物质，其网络结构同时具有较好的液体传递性和固体形态的稳定性，因此将负载到多孔膜中的离子液体凝胶化即可获得高的气体渗透通量和较大的气体分离因子，同时，也避免了膜在较高跨膜压差下的液体渗漏，增强膜的性能稳定性，延长膜的使用寿命。本发明制备的支撑离子液体凝胶膜在工业排放废气中的酸性气体捕集，航天器、潜水艇等密闭舱室中的CO2分离领域具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于克服现有支撑液膜的易渗漏、稳定性差的缺点，提供一种支撑离子液体凝胶膜的制备方法，将其用于混合气中的酸性气体分离。
按照本发明提供的技术方案，一种支撑离子液体凝胶膜，其特征在于膜由多孔膜负载离子液体凝胶组成，离子液体凝胶的质量占支撑凝胶膜总质量的30％～80％，所述多孔膜为高分子微孔膜，其厚度为100～200μm；所述离子液体凝胶是交联聚离子液体三维网络固定离子液体形成，离子液体质量占总凝胶质量的60％～95％；
所述高分子微孔膜的材质为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜等；
所述离子液体的阳离子为咪唑或吡啶，阴离子为氟磷酸、氟硼酸或双三氟甲磺酰亚胺；
一种支撑离子液体凝胶膜的制备方法，其特征在于制备步骤如下，其配方按质量份数计：
(1)凝胶前体溶液配制：在玻璃容器内将60～90份离子液体、5～30份含乙烯基离子液体单体、1～10份交联剂、0.1～1份光引发剂混合，搅拌均匀，得到凝胶前体溶液；
(2)浸渍：将高分子微孔膜进行1～5小时的真空脱气，之后浸入到上述凝胶前体溶液中，5～10小时后取出，用滤纸去除膜表面上多余的溶液；
(3)凝胶化：将浸润了凝胶前体溶液的高分子微孔膜送入紫外辐照箱，在5kw紫外灯管下辐射时间1～30分钟，所得即为支撑离子凝胶膜产品。
所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮或2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮。
所述离子液体单体为1-辛基-3-乙烯基咪唑六氟磷酸盐。
所述交联剂为1，6-己二醇二丙烯酸酯。
本发明具有如下优点：本发明提供的支撑离子液体凝胶膜具有高的气体渗透通量和较大的气体分离因子，同时，通过紫外光固化形成聚合物交联网络，使离子液体凝胶化，也避免了膜在较高跨膜压差下的液体渗漏，增强膜的性能稳定性，延长膜的使用寿命。本发明提供的支撑离子液体凝胶膜的制备方法简单，可控性强，适用于工业排放废气中的酸性气体捕集，航天器、潜水艇等密闭舱室中的CO2分离等。
具体实施方式
以下是一种支撑离子液体凝胶膜及其制备方法的实施例，但所述实施例不构成对本发明的限制。
实施例1
一种支撑离子液体凝胶膜的制备方法，其特征在于制备步骤如下，其配方按质量份数计：
(1)凝胶前体溶液配制：在玻璃容器内将90份1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、5份1-辛基-3-乙烯基咪唑六氟磷酸盐、4份1，6-己二醇二丙烯酸酯、1份2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮混合，搅拌均匀，得到凝胶前体溶液；
(2)浸润过程：将聚醚砜膜进行5小时的真空脱气，之后浸入到上述凝胶前体溶液中，5小时后取出，用滤纸取出膜表面上多余的溶液；
(3)凝胶相固定：将浸润了凝胶前体溶液的高分子微孔膜送入紫外辐照箱，在紫外灯管下辐射时间1分钟，所得即为支撑离子凝胶膜产品。
测得膜对二氧化硫的渗透率为187barrer，膜对二氧化碳和氮气的选择性为41。
实施例2
一种支撑离子液体凝胶膜的制备方法，其特征在于制备步骤如下，其配方按质量份数计：
(1)凝胶前体溶液配制：在玻璃容器内将60份1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、30份1-辛基-3-乙烯基咪唑六氟磷酸盐、9份1，6-己二醇二丙烯酸酯、1份1-羟基环己基苯基甲酮混合，搅拌均匀，得到凝胶前体溶液；
(2)浸润过程：将聚偏氟乙烯膜进行1小时的真空脱气，之后浸入到上述凝胶前体溶液中，10小时后取出，用滤纸取出膜表面上多余的溶液；
(3)凝胶相固定：将浸润了凝胶前体溶液的高分子微孔膜送入紫外辐照箱，在紫外灯管下辐射时间30分钟，所得即为支撑离子凝胶膜产品。
测得膜对二氧化碳的渗透率为164barrer，膜对二氧化碳和氮气的选择性为32。
实施例3
一种支撑离子液体凝胶膜的制备方法，其特征在于制备步骤如下，其配方按质量分数计：
(1)凝胶前体溶液配制：在玻璃容器内将80份1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、10份1-辛基-3-乙烯基咪唑六氟磷酸盐、9.9份1，6-己二醇二丙烯酸酯、0.1份2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮混合，搅拌均匀，得到凝胶前体溶液；
(2)浸润过程：将聚丙烯膜进行5小时的真空脱气，之后浸入到上述凝胶前体溶液中，1小时后取出，用滤纸取出膜表面上多余的溶液；
(3)凝胶相固定：将浸润了凝胶前体溶液的高分子微孔膜送入紫外辐照箱，在紫外灯管下辐射时间10分钟，所得即为支撑离子凝胶膜产品。
测得膜对二氧化碳的渗透率为174barrer，膜对二氧化碳和氢气的选择性为10。
实施例4
一种支撑离子液体凝胶膜的制备方法，其特征在于制备步骤如下，其配方按质量分数计：
(1)凝胶前体溶液配制：在玻璃容器内将85份1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、5份1-辛基-3-乙烯基咪唑六氟磷酸盐、4份1，6-己二醇二丙烯酸酯、1份1-羟基环己基苯基甲酮混合，搅拌均匀，得到凝胶前体溶液；
(2)浸润过程：将聚偏氟乙烯膜进行1小时的真空脱气，之后浸入到上述凝胶前体溶液中，10小时后取出，用滤纸取出膜表面上多余的溶液；
(3)凝胶相固定：将浸润了凝胶前体溶液的高分子微孔膜送入紫外辐照箱，在紫外灯管下辐射时间30分钟，所得即为支撑离子凝胶膜产品。
测得膜对二氧化碳的渗透率为204barrer，膜对二氧化碳和氮气的选择性为40。
Claims (7)
1.一种支撑离子液体凝胶膜，其特征在于膜由多孔膜负载离子液体凝胶组成，离子液体凝胶的质量占支撑凝胶膜总质量的30％～80％，所述多孔膜为高分子微孔膜，其厚度为100～200μm；所述离子液体凝胶是交联聚离子液体三维网络固定离子液体形成，离子液体质量占总凝胶质量的60％～90％。
2.根据权利要求1所述的支撑离子液体凝胶膜，其特征在于所述高分子微孔膜的材质为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜等。
3.根据权利要求1所述的支撑离子液体凝胶膜，其特征在于所述离子液体的阳离子为咪唑，阴离子为氟磷酸、氟硼酸盐或双三氟甲磺酰亚胺。
4.一种支撑离子液体凝胶膜的制备方法，其特征在于制备步骤如下，其配方按质量份数计：
(1)凝胶前体溶液配制：在玻璃容器内将60～90份离子液体、5～30份含乙烯基离子液体单体、1～10份交联剂、0.1～1份光引发剂混合，搅拌均匀，得到凝胶前体溶液；
(2)浸渍过程：将高分子微孔膜进行1～5小时的真空脱气，之后浸入到上述凝胶前体溶液中，5～10小时后取出，用滤纸取出膜表面上多余的溶液；
(3)凝胶化：将浸润了凝胶前体溶液的高分子微孔膜送入紫外辐照箱，在紫外灯管下辐射时间1～30分钟，所得即为支撑离子凝胶膜产品。
5.根据权利要求4所述的一种支撑离子液体凝胶膜的制备方法，其特征在于所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮或2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮。
6.根据权利要求4所述的支撑离子凝胶膜的制备方法，其特征在于所述含乙烯基离子液体单体为1-辛基-3-乙烯基咪唑六氟磷酸盐。
7.根据权利要求4所述的支撑离子凝胶膜的制备方法，其特征在于所述交联剂为1，6-己二醇二丙烯酸酯。
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