CN106955605B - 一种聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜及其制备方法，属于有机合成和膜分离领域。该方法是将化合物A在相转移催化剂季铵盐催化下，经氧化生成化合物B；生成的化合物B与含有胺基的化合物单体，在缚酸剂和催化剂亚磷酸三苯酯的作用下进行聚合反应，反应结束后得到的聚合物溶液倒入去离子水中沉降，抽滤，真空干燥后得到寡聚物，将寡聚物溶于有机极性溶剂中，经超声破碎后，得到膜液涂；将所得膜液涂覆于耐溶剂聚砜底膜上，真空交联干燥，得到三蝶烯基VOCs截留型聚合物分离膜。本发明制备出一种聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜，此种聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜可用于氮气/VOCs的分离。

Description

一种聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜及其制备方法
技术领域
本发明属于有机合成和膜分离领域，具体涉及一种聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜及其制备方法。
背景技术
挥发性有机物是一类挥发度较高的物质。挥发性的有机废气排放进入大气中，影响着人们的身心健康，污染环境。为此国家颁布了多种法律法规来控制挥发性有机物的排放浓度，例如《大气污染物综合排放标准》。为满足国家排放要求，研究者开发了多种处理技术，例如吸附、吸收、冷凝、膜分离、催化燃烧、等离子体氧化等技术来消除有机废气污染等。膜分离技术具有高效、低能耗、设备紧凑、对环境友好、不产生二次污染等优点。目前使用较多的是优先透有机物膜，该膜以吸附渗透选择透过性的有机物，截留空气，实现两者的分离。但是优先透有机物膜在使用过程中，不能单独使用，必须与真空泵等其他设备一起使用，造成设备工艺复杂，能耗较高，一定程度上限制了其使用。
发明内容
本发明是针对上述存在的技术问题提供一种聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜及其制备方法和应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的制备方法，该方法包括以下步骤：
第一步：以水为溶剂，化合物A在相转移催化剂季铵盐催化下，经氧化生成化合物B；
第二步：生成的化合物B与含有胺基的化合物单体，在缚酸剂和催化剂亚磷酸三苯酯的作用下进行聚合反应，反应结束后得到的聚合物溶液倒入去离子水中沉降，抽滤，真空干燥后得到寡聚物，将寡聚物溶于有机极性溶剂中，经超声破碎后，得到膜液涂；
第三步：将所得膜液涂覆于耐溶剂聚砜底膜上，真空交联干燥，得到三蝶烯基VOCs截留型聚合物分离膜；
其中，R1和R2分别独立地为H、Cl、Br、I、COOH中的任意一种；优选R1和R2分别独立地为H。
本发明技术方案中：第一步中所述的季铵盐选自甲基三辛基氯化铵、甲基三壬基氯化铵或甲基三癸基氯化铵；优选所述的季铵盐选自甲基三辛基氯化铵。
本发明技术方案中：第一步中氧化所用的氧化剂选自高锰酸钾、苯甲酮、五氧化二钒、三乙胺、硫酸氧钒或氯铬酸吡啶；优选氧化所用的氧化剂选自高锰酸钾。
本发明技术方案中：第一步中化合物A、溶剂水和相转移催化剂季铵盐的摩尔比为2～8：600～1500：1，优选4～6：800～1300：1。
本发明技术方案中：第二步中所述的缚酸剂选自三乙胺、吡啶、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、氢氧化钠或者氢氧化钾；优选所述的缚酸剂选自吡啶。
本发明技术方案中：第二步中含有胺基的化合物单体选自二胺类化合物或四胺类化合物；
所述的二胺类化合物选自5,5'-二氨基-2,2'联二吡啶、2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基苯基醚、2,2-双[4-(4-氨基氧基苯)]六氟丙烷、2,2',5,5'-四氯二苯胺、2,3,5,6-四甲基-1,4-苯二胺、3,3',5,5'-四甲基联苯胺、间苯二胺、对苯二胺、联苯胺、联邻甲苯胺、3,3'-二甲氧基联苯胺、2,3,5,6-四氟对苯二甲胺、邻亚二甲苯二胺、5-氯间苯二胺、1,3-苯二甲胺、4-甲氧基间苯二胺、苯并[1,2-d；4,5-D]双噻唑-1,6-二胺、2-硝基-1,4-苯二胺、2,5-二-氯-1,4-苯二胺、4,4'-二氨基苯酰替苯胺、甲苯-2,5-二胺、4-硝基-1,3-苯二胺、2-氯-4-硝基-1,3-苯二胺、氧联二苯胺、四氟间苯二甲酰亚胺、均苯四甲酸二胺、2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二胺、三乙烯四胺、4,6-二氨基嘧啶或3,5-二氨基-1,2,4-三氮唑。
作为优选：所述的二胺类化合物选自2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基苯基醚、2,2-双[4-(4-氨基氧基苯)]六氟丙烷、2,3,5,6-四氟对苯二甲胺或四氟间苯二甲酰亚胺。
作为最优选：所述的二胺类化合物选自2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基苯基醚或2,2-双[4-(4-氨基氧基苯)]六氟丙烷。
所述的四胺类化合物选自3,3'-二氨基联苯胺、5,10,15,20-四(4-胺基苯基)卟啉、1,2,4,5-苯四胺、1,2,4,5-苯四酰胺、N,N,N',N'-四(对氨基苯基)对苯二胺、季戊四胺或N,N,N,N-四(3-氨基丙基)-1,4-丁二胺。
作为优选：所述的四胺类化合物选自3,3'-二氨基联苯胺、5,10,15,20-四(4-胺基苯基)卟啉、1,2,4,5-苯四胺或1,2,4,5-苯四酰胺。
作为最优选：所述的四胺类化合物选自3,3'-二氨基联苯胺。
本发明技术方案中：第二步中化合物B、含有胺基的化合物单体、缚酸剂和催化剂亚磷酸三苯酯的摩尔比为1：1～2.5：30～70：8～10。
本发明技术方案中：第二步中聚合反应的温度为10～200℃，，优选聚合反应的温度为95～120℃。
本发明技术方案中：第二步的聚合反应是在无水氯化锂和无水氯化钙双盐溶液体系下进行。
本发明技术方案中：第二步中所述的有机极性溶剂选自1-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、六甲基磷酰酰胺、乙腈、二恶烷、丙酮中的任意一种。优选所述的有机极性溶剂选自二甲基亚砜。
本发明技术方案中：第二步中膜液涂的浓度为0.1～20wt％，优选4wt％～10wt％。
本发明的有益效果：
本发明制备出一种聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜，此种聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜可用于氮气/VOCs的分离。因其是平面网状结构，可以减少气体在膜内的传输路径，从而达到提高通量的目的。
附图说明
图1是本发明实施例中2,3,6,7-四甲酸三蝶烯的1H-NMR图；
图2是本发明实施例中聚砜底膜的数码照；
图3是本发明实施例1中四胺-四甲酸三蝶烯基聚酰胺的1H-NMR图；
图4是本发明实施例2中二胺-四甲酸三蝶烯基聚酰胺的1H-NMR图；
图5是本发明实施例1中四胺-四甲酸三蝶烯基聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的数码照；
图6是本发明实施例1中四胺-四甲酸三蝶烯基聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜表面的SEM图；
图7是本发明实施例1中四胺-四甲酸三蝶烯基聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜断面的SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1～8中所述的2,3,6,7-四甲酸三蝶烯的制备方法：将250ml三口烧瓶放在集热式恒温加热磁力搅拌器中，向其中加入3.1g(0.01mol)2,3,6,7-四甲基三蝶烯，并加入0.81g(0.002mol)甲基三辛基氯化铵和175ml去离子水，磁力搅拌下冷凝回流反应。分4次加入高锰酸钾固体粉末(每次4g，共16g)(0.1mol)，在85℃下加热反应2小时。停止反应，取出烧瓶冷却，溶液明显分层。用砂芯漏斗抽滤，滤饼用200ml去离子水洗涤，收集滤液。转移至1升的烧杯中，向其中加入浓度为3mol/l的盐酸和去离子水以1:5体积比配制而成的盐酸溶液60ml，在搅拌的情况下，酸化至pH约为2～3。析出白色沉淀，抽滤，滤饼用去离子水洗涤，放在真空干燥箱中60℃下干燥。得到2.44g黄褐色色固体粉末，产率为78.7％，纯度为99.5％。其结构经由1H-NMR表征确认，核磁共振氢谱图如图1所示，图1为本发明实施例中2,3,6,7-四甲酸三蝶烯的1H-NMR图，由图1可知所合成的化合物结构正确。
1H-NMR(500MHz，CDCl3)：δ＝6.02(s，2H)，7.09-7.10(m，2H)，7.52-7.54(m，2H)，7.82(s，4H)，13.19-13.20(s，4H)。
实施例1
将50ml三口烧瓶放在集热式恒温加热磁力搅拌器中，向其中加入溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮16.5ml(0.172mol)，60℃下加热冷凝回流。并加入0.9g(0.021mol)无水氯化锂和2.4g(0.021mol)无水氯化钙，磁力搅拌至溶解。然后向其中加入3.3ml(0.041mol)吡啶和2.4ml(0.009mol)亚磷酸三苯酯。最后向体系中加入0.477g(0.001mol)2,3,6,7-四甲酸三蝶烯和0.25g(0.001mol)3,3'-二氨基联苯胺，在105℃氮气保护，加热回流反应4小时。停止反应，取出烧瓶冷却，将反应液倒入200ml去离子水中沉降。用砂芯漏斗抽滤，滤饼用乙醇和去离子水洗涤，放在烘箱中80℃下干燥。得到0.6543g黄褐色色固体粉末。其结构经由1H-NMR表征确认，核磁共振氢谱图如图3所示，图3为本发明实施例1中四胺-四甲酸三蝶烯基聚酰胺的1H-NMR图，由图3可知所合成的化合物结构正确。
1H-NMR(300MHz，DMSO)：δ＝9.60ppm处是酰胺基团的氢原子特征吸收峰，7.96ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯含官能团苯环氢原子吸收峰，7.77ppm、7.43-7.46ppm、7.18-7.29ppm处是3,3'-二氨基联苯胺氢原子吸收峰，7.13-7.15ppm、6.73-6.76ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯不含官能团苯环氢原子吸收峰，5.65ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯桥头氢原子特征吸收峰。
性能检测
经BET测试实施例1制备的三蝶烯基聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的平均孔径为0.94nm。
取实施例1所制备的三蝶烯基聚酰胺0.5g，溶于10ml N,N-二甲基乙酰胺中，经超声破碎、针筒过滤器过滤和真空脱泡后，刮涂于聚砜底膜上，挥发部分溶剂后，放置于真空干燥箱中，80℃下干燥48小时，制备得到所对应的四甲酸三蝶烯基聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为23400ppm，压力1.78kpa下，渗透流速在1.899L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至3010ppm，截留率为87.1％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为36300ppm，压力3.5kpa下，渗透流速在2.226L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至3500ppm，截留率为90.4％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为18200ppm，压力3.5kpa下，渗透流速在1.243L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至184ppm，截留率为99.0％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为27900ppm，压力3.5kpa下，渗透流速在2.052L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至74ppm，截留率为99.7％。
实施例2
将50ml三口烧瓶放在集热式恒温加热磁力搅拌器中，向其中加入溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮16.5ml(0.172mol)，60℃下加热冷凝回流。并加入0.9g(0.021mol)无水氯化锂和2.4g(0.021mol)无水氯化钙，磁力搅拌至溶解。然后向其中加入5.8ml(0.041mol)三乙胺和2.4ml(0.009mol)亚磷酸三苯酯。最后向体系中加入0.477g(0.001mol)2,3,6,7-四甲酸三蝶烯和0.57g(0.002mol)2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基苯基醚，在105℃氮气保护，加热回流反应4小时。停止反应，取出烧瓶冷却，将反应液倒入200ml去离子水中沉降。用砂芯漏斗抽滤，滤饼用乙醇和去离子水洗涤，放在烘箱中80℃下干燥。得到0.8585g黄褐色色固体粉末。其结构经由1H-NMR表征确认，核磁共振氢谱图如图4所示，图4为本发明实施例2中二胺-四甲酸三蝶烯基聚酰胺的1H-NMR图，由图4可知所合成的化合物结构正确。
1H-NMR(300MHz，DMSO)：δ＝9.30ppm处是酰胺基团的氢原子特征吸收峰，8.08-8.10ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯含官能团苯环氢原子吸收峰，7.60-7.95ppm、7.34-7.48ppm、6.34ppm处是2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基苯基醚氢原子吸收峰，7.13-7.29ppm、6.65-7.03ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯不含官能团苯环氢原子吸收峰，5.61ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯桥头氢原子特征吸收峰。
性能检测
经BET测试实施例2制备的三蝶烯基聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的平均孔径为1.84nm。
取实施例2所制备的三蝶烯基聚酰胺0.4g，溶于10ml N,N-二甲基乙酰胺中，经超声破碎、针筒过滤器过滤和真空脱泡后，刮涂于聚砜底膜上，挥发部分溶剂后，放置于真空干燥箱中，80℃下干燥48小时，制备得到所对应的四甲酸三蝶烯基聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为25400ppm，压力2.78kpa下，渗透流速在2.099L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至4039ppm，截留率为84.1％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为36300ppm，压力3.5kpa下，渗透流速在2.846L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至5264ppm，截留率为85.5％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为17300ppm，压力3.8kpa下，渗透流速在2.243L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至1211ppm，截留率为93.0％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为27900ppm，压力3.8kpa下，渗透流速在2.252L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至921ppm，截留率为96.7％。
实施例3
将50ml三口烧瓶放在集热式恒温加热磁力搅拌器中，向其中加入溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮16.5ml(0.172mol)，60℃下加热冷凝回流。并加入0.9g(0.021mol)无水氯化锂和2.4g(0.021mol)无水氯化钙，磁力搅拌至溶解。然后向其中加入0.051mol吡啶和0.008mol亚磷酸三苯酯。最后向体系中加入0.477g(0.001mol)2,3,6,7-四甲酸三蝶烯和1.15g(0.001mol)5,10,15,20-四(4-胺基苯基)卟啉，在105℃氮气保护，加热回流反应4小时。停止反应，取出烧瓶冷却，将反应液倒入200ml去离子水中沉降。用砂芯漏斗抽滤，滤饼用乙醇和去离子水洗涤，放在烘箱中80℃下干燥。得到1.5131g黄褐色色固体粉末。其结构经由1H-NMR表征确认，1H-NMR(300MHz，DMSO)：δ＝9.55ppm处是酰胺基团的氢原子特征吸收峰，8.02-8.12ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯含官能团苯环氢原子吸收峰，7.84-7.89ppm处是5,10,15,20-四(4-胺基苯基)卟啉异吡咯环氢原子吸收峰，7.44-7.58ppm处是5,10,15,20-四(4-胺基苯基)卟啉苯环氢原子吸收峰，7.18-7.22ppm、7.06-7.12ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯不含官能团苯环氢原子吸收峰，6.36-6.44ppm处是5,10,15,20-四(4-胺基苯基)卟啉吡咯啉环氢原子吸收峰，5.62-5.64ppm处是5,10,15,20-四(4-胺基苯基)卟啉吡咯啉仲胺氢原子吸收峰，5.18-5.20ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯桥头氢原子特征吸收峰。
性能检测
经BET测试实施例3制备的三蝶烯基聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的平均孔径为0.85nm。
取实施例3所制备的三蝶烯基聚酰胺0.6g，溶于10ml N,N-二甲基乙酰胺中，经超声破碎、针筒过滤器过滤和真空脱泡后，刮涂于聚砜底膜上，挥发部分溶剂后，放置于真空干燥箱中，80℃下干燥48小时，制备得到所对应的四甲酸三蝶烯基聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为22300ppm，压力1.88kpa下，渗透流速在1.677L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至2815ppm，截留率为90.2％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为35300ppm，压力3.66kpa下，渗透流速在2.016L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至2330ppm，截留率为93.4％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为16400ppm，压力3.76kpa下，渗透流速在1.043L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至115ppm，截留率为99.3％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为28700ppm，压力3.85kpa下，渗透流速在1.852L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至29ppm，截留率为99.9％。
实施例4
将50ml三口烧瓶放在集热式恒温加热磁力搅拌器中，向其中加入溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮16.5ml(0.172mol)，60℃下加热冷凝回流。并加入0.9g(0.021mol)无水氯化锂和2.4g(0.021mol)无水氯化钙，磁力搅拌至溶解。然后向其中加入0.061mol吡啶和0.010mol亚磷酸三苯酯。最后向体系中加入0.477g(0.001mol)2,3,6,7-四甲酸三蝶烯和0.002mol2,2-双[4-(4-氨基氧基苯)]六氟丙烷，在105℃氮气保护，加热回流反应4小时。停止反应，取出烧瓶冷却，将反应液倒入200ml去离子水中沉降。用砂芯漏斗抽滤，滤饼用乙醇和去离子水洗涤，放在烘箱中80℃下干燥。得到1.1806g黄褐色色固体粉末。其结构经由1H-NMR表征确认，1H-NMR(300MHz，DMSO)：δ＝10.32-10.34ppm处是酰胺基团的氢原子特征吸收峰，8.09-8.11ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯含官能团苯环氢原子吸收峰，7.71-7.72ppm、7.21-7.24ppm、7.11-7.14ppm、6.88-6.91ppm处是2,2-双[4-(4-氨基氧基苯)]六氟丙烷氢原子吸收峰，7.18-7.20ppm、7.07-7.08ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯不含官能团苯环氢原子吸收峰，5.18-5.19ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯桥头氢原子特征吸收峰。
性能检测
经BET测试实施例4制备的三蝶烯基聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的平均孔径为2.55nm。
取实施例4所制备的三蝶烯基聚酰胺0.5g，溶于10ml N,N-二甲基乙酰胺中，经超声破碎、针筒过滤器过滤和真空脱泡后，刮涂于聚砜底膜上，挥发部分溶剂后，放置于真空干燥箱中，80℃下干燥48小时，制备得到所对应的四甲酸三蝶烯基聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为27700ppm，压力2.70kpa下，渗透流速在2.359L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至4903ppm，截留率为82.3％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为34500ppm，压力3.55kpa下，渗透流速在3.126L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至5693ppm，截留率为83.5％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为17800ppm，压力3.88kpa下，渗透流速在2.673L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至1816ppm，截留率为89.8％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为27900ppm，压力3.68kpa下，渗透流速在2.452L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至1479ppm，截留率为94.7％。
实施例5
将50ml三口烧瓶放在集热式恒温加热磁力搅拌器中，向其中加入溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮16.5ml(0.172mol)，60℃下加热冷凝回流。并加入0.9g(0.021mol)无水氯化锂和2.4g(0.021mol)无水氯化钙，磁力搅拌至溶解。然后向其中加入0.03mol三乙胺和2.4ml(0.009mol)亚磷酸三苯酯。最后向体系中加入0.477g(0.001mol)2,3,6,7-四甲酸三蝶烯和0.002mol 1,2,4,5-苯四胺，在105℃氮气保护，加热回流反应4小时。停止反应，取出烧瓶冷却，将反应液倒入200ml去离子水中沉降。用砂芯漏斗抽滤，滤饼用乙醇和去离子水洗涤，放在烘箱中80℃下干燥。得到0.7178g黄褐色色固体粉末。其结构经由1H-NMR表征确认，1H-NMR(300MHz，DMSO)：δ＝9.51-9.53ppm处是酰胺基团的氢原子特征吸收峰，8.08-8.11ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯含官能团苯环氢原子吸收峰，7.47-7.50ppm处是1,2,4,5-苯四胺苯环氢原子吸收峰，7.20-7.21ppm、7.07-7.08ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯不含官能团苯环氢原子吸收峰，5.16-5.19ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯桥头氢原子特征吸收峰。
性能检测
经BET测试实施例5制备的三蝶烯基聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的平均孔径为1.25nm。
取实施例5所制备的三蝶烯基聚酰胺0.4g，溶于10ml N,N-二甲基乙酰胺中，经超声破碎、针筒过滤器过滤和真空脱泡后，刮涂于聚砜底膜上，挥发部分溶剂后，放置于真空干燥箱中，80℃下干燥48小时，制备得到所对应的四甲酸三蝶烯基聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为23400ppm，压力1.88kpa下，渗透流速在2.099L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至3557ppm，截留率为84.8％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为32300ppm，压力3.5kpa下，渗透流速在2.445L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至3941ppm，截留率为87.8％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为18200ppm，压力3.5kpa下，渗透流速在1.443L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至491ppm，截留率为97.3％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为27650ppm，压力3.5kpa下，渗透流速在2.152L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至249ppm，截留率为99.1％。
实施例6
将50ml三口烧瓶放在集热式恒温加热磁力搅拌器中，向其中加入溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮16.5ml(0.172mol)，60℃下加热冷凝回流。并加入0.9g(0.021mol)无水氯化锂和2.4g(0.021mol)无水氯化钙，磁力搅拌至溶解。然后向其中加入3.46g(0.041mol)碳酸氢钠和2.4ml(0.009mol)亚磷酸三苯酯。最后向体系中加入0.477g(0.001mol)2,3,6,7-四甲酸三蝶烯和0.40g(0.001mol)2,3,5,6-四氟对苯二甲胺，在105℃氮气保护，加热回流反应4小时。停止反应，取出烧瓶冷却，将反应液倒入200ml去离子水中沉降。用砂芯漏斗抽滤，滤饼用乙醇和去离子水洗涤，放在烘箱中80℃下干燥。得到0.7542g黄褐色色固体粉末。其结构经由1H-NMR表征确认，1H-NMR(300MHz，DMSO)：δ＝10.31-10.33ppm处是酰胺基团的氢原子特征吸收峰，8.11-8.12ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯含官能团苯环氢原子吸收峰，7.17-7.20ppm、7.08-7.10ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯不含官能团苯环氢原子吸收峰，5.15-5.19ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯桥头氢原子特征吸收峰。
性能检测
经BET测试实施例6制备的三蝶烯基聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的平均孔径为1.66nm。
取实施例6所制备的三蝶烯基聚酰胺0.3g，溶于10ml N,N-二甲基乙酰胺中，经超声破碎、针筒过滤器过滤和真空脱泡后，刮涂于聚砜底膜上，挥发部分溶剂后，放置于真空干燥箱中，80℃下干燥48小时，制备得到所对应的四甲酸三蝶烯基聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为23205ppm，压力2.71kpa下，渗透流速在1.809L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至2993ppm，截留率为87.1％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为36450ppm，压力3.5kpa下，渗透流速在2.646L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至4192ppm，截留率为88.5％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为17300ppm，压力3.8kpa下，渗透流速在2.013L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至900ppm，截留率为94.8％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为26903ppm，压力3.8kpa下，渗透流速在2.852L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至457ppm，截留率为98.3％。
实施例7
将50ml三口烧瓶放在集热式恒温加热磁力搅拌器中，向其中加入溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮16.5ml(0.172mol)，60℃下加热冷凝回流。并加入0.9g(0.021mol)无水氯化锂和2.4g(0.021mol)无水氯化钙，磁力搅拌至溶解。然后向其中加入0.061mol碳酸氢钠和0.0095mol亚磷酸三苯酯。最后向体系中加入0.477g(0.001mol)2,3,6,7-四甲酸三蝶烯和0.43g(0.001mol)1,2,4,5-苯四酰胺，在105℃氮气保护，加热回流反应4小时。停止反应，取出烧瓶冷却，将反应液倒入200ml去离子水中沉降。用砂芯漏斗抽滤，滤饼用乙醇和去离子水洗涤，放在烘箱中80℃下干燥。得到0.8254g黄褐色色固体粉末。其结构经由1H-NMR表征确认，1H-NMR(300MHz，DMSO)：δ＝12.39-12.41ppm处是酰胺基团的氢原子特征吸收峰，8.25-8.26ppm处是1,2,4,5-苯四酰胺苯环氢原子吸收峰，8.08-8.11ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯含官能团苯环氢原子吸收峰，7.19-7.20ppm、7.08-7.11ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯不含官能团苯环氢原子吸收峰，5.19-5.22ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯桥头氢原子特征吸收峰。
性能检测
经BET测试实施例7制备的三蝶烯基聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的平均孔径为3.15nm。
取实施例7所制备的三蝶烯基聚酰胺0.5g，溶于10ml N,N-二甲基乙酰胺中，经超声破碎、针筒过滤器过滤和真空脱泡后，刮涂于聚砜底膜上，挥发部分溶剂后，放置于真空干燥箱中，80℃下干燥48小时，制备得到所对应的四甲酸三蝶烯基聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为27700ppm，压力2.70kpa下，渗透流速在3.259L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至6011ppm，截留率为78.3％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为35422ppm，压力3.55kpa下，渗透流速在3.776L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至7014ppm，截留率为80.2％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为17800ppm，压力3.88kpa下，渗透流速在2.873L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至2777ppm，截留率为84.4％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为27900ppm，压力3.68kpa下，渗透流速在3.452L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至2595ppm，截留率为90.7％。
实施例8
将50ml三口烧瓶放在集热式恒温加热磁力搅拌器中，向其中加入溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮16.5ml(0.172mol)，60℃下加热冷凝回流。并加入0.9g(0.021mol)无水氯化锂和2.4g(0.021mol)无水氯化钙，磁力搅拌至溶解。然后向其中加入5.8ml(0.041mol)三乙胺和2.4ml(0.009mol)亚磷酸三苯酯。最后向体系中加入0.477g(0.001mol)2,3,6,7-四甲酸三蝶烯和0.40g(0.001mol)四氟间苯二甲酰亚胺，在105℃氮气保护，加热回流反应4小时。停止反应，取出烧瓶冷却，将反应液倒入200ml去离子水中沉降。用砂芯漏斗抽滤，滤饼用乙醇和去离子水洗涤，放在烘箱中80℃下干燥。得到0.8332g黄褐色色固体粉末。其结构经由1H-NMR表征确认，1H-NMR(300MHz，DMSO)：δ＝12.36-12.39ppm处是酰胺基团的氢原子特征吸收峰，8.11-8.14ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯含官能团苯环氢原子吸收峰，7.19-7.20ppm、7.08-7.09ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯不含官能团苯环氢原子吸收峰，5.17-5.19ppm处是2,3,6,7-四甲酸三蝶烯桥头氢原子特征吸收峰。
性能检测
经BET测试实施例8制备的三蝶烯基聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的平均孔径为2.16nm。
取实施例8所制备的三蝶烯基聚酰胺0.6g，溶于10ml N,N-二甲基乙酰胺中，经超声破碎、针筒过滤器过滤和真空脱泡后，刮涂于聚砜底膜上，挥发部分溶剂后，放置于真空干燥箱中，80℃下干燥48小时，制备得到所对应的四甲酸三蝶烯基聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为23254ppm，压力2.71kpa下，渗透流速在2.019L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至3418ppm，截留率为85.3％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为36450ppm，压力3.5kpa下，渗透流速在3.116L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至5650ppm，截留率为84.5％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为15300ppm，压力3.8kpa下，渗透流速在2.213L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至1178ppm，截留率为92.3％。
测试条件为：在25℃条件下，以氮气/环己烷为分离原料气，浓度为23403ppm，压力3.8kpa下，渗透流速在3.052L·m-2·min-1时，通过膜分离后，渗透侧浓度降低至1217ppm，截留率为94.8％。

Claims (16)

1.一种聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
第一步：以水为溶剂，化合物A在相转移催化剂季铵盐催化下，经氧化生成化合物B；
第二步：生成的化合物B与含有胺基的化合物单体，在缚酸剂和催化剂亚磷酸三苯酯的作用下进行聚合反应，反应结束后得到的聚合物溶液倒入去离子水中沉降，抽滤，真空干燥后得到寡聚物，将寡聚物溶于有机极性溶剂中，经超声破碎后，得到膜液涂；
第三步：将所得膜液涂覆于耐溶剂聚砜底膜上，真空交联干燥，得到三蝶烯基VOCs截留型聚合物分离膜；
其中，R1和R2分别独立地为H、Cl、Br、I、COOH中的任意一种；
且，第二步中含有胺基的化合物单体选自二胺类化合物或四胺类化合物；
所述的二胺类化合物选自5,5'-二氨基-2,2'联二吡啶、2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基苯基醚、2,2-双[4-(4-氨基氧基苯)]六氟丙烷、2,2',5,5'-四氯二苯胺、2,3,5,6-四甲基-1,4-苯二胺、2,3,5,6-四氟对苯二甲胺、3,3',5,5'-四甲基联苯胺、间苯二胺、对苯二胺、联苯胺、联邻甲苯胺、3,3'-二甲氧基联苯胺、对苯二甲胺、邻亚二甲苯二胺、5-氯间苯二胺、1,3-苯二甲胺、4-甲氧基间苯二胺、苯并[1,2-d；4,5-D]双噻唑-1,6-二胺、2-硝基-1,4-苯二胺、2,5-二-氯-1,4-苯二胺、4,4'-二氨基苯酰替苯胺、甲苯-2,5-二胺、4-硝基-1,3-苯二胺、2-氯-4-硝基-1,3-苯二胺、氧联二苯胺、四氟间苯二甲酰亚胺、均苯四甲酸二胺、2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二胺、4,6-二氨基嘧啶或3,5-二氨基-1,2,4-三氮唑；
所述的四胺类化合物选自3,3'-二氨基联苯胺、5,10,15,20-四(4-胺基苯基)卟啉、1,2,4,5-苯四胺、1,2,4,5-苯四酰胺、N,N,N',N'-四(对氨基苯基)对苯二胺、季戊四胺或N,N,N,N-四(3-氨基丙基)-1,4-丁二胺。
2.根据权利要求1所述的聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的制备方法，其特征在于：第一步中所述的季铵盐选自甲基三辛基氯化铵、甲基三壬基氯化铵或甲基三癸基氯化铵；氧化所用的氧化剂选自高锰酸钾、苯甲酮、五氧化二钒、三乙胺、硫酸氧钒或氯铬酸吡啶。
3.根据权利要求2所述的聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的制备方法，其特征在于：第一步中所述的季铵盐选自甲基三辛基氯化铵，氧化所用的氧化剂选自高锰酸钾。
4.根据权利要求1所述的聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的制备方法，其特征在于：第一步中化合物A、溶剂水和相转移催化剂季铵盐的摩尔比为2～8：600～1500：1。
5.根据权利要求4所述的聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的制备方法，其特征在于：第一步中化合物A、溶剂水和相转移催化剂季铵盐的摩尔比为4～6：800～1300：1。
6.根据权利要求1所述的聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的制备方法，其特征在于：第二步中所述的缚酸剂选自三乙胺、吡啶、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、氢氧化钠或者氢氧化钾。
7.根据权利要求6所述的聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的制备方法，其特征在于：第二步中所述的缚酸剂为吡啶。
8.根据权利要求1所述的聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的制备方法，其特征在于：所述的二胺类化合物选自2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基苯基醚、2,2-双[4-(4-氨基氧基苯)]六氟丙烷、2,3,5,6-四氟对苯二甲胺或四氟间苯二甲酰亚胺；
所述的四胺类化合物3,3'-二氨基联苯胺、5,10,15,20-四(4-胺基苯基)卟啉、1,2,4,5-苯四胺或1,2,4,5-苯四酰胺。
9.根据权利要求1所述的聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的制备方法，其特征在于：第二步中化合物B、含有胺基的化合物单体、缚酸剂和催化剂亚磷酸三苯酯的摩尔比为1：1～2.5：30～70：8～10。
10.根据权利要求1所述的聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的制备方法，其特征在于：第二步中聚合反应的温度为10～200℃。
11.根据权利要求10所述的聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的制备方法，其特征在于：聚合反应的温度为95～120℃。
12.根据权利要求1所述的聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的制备方法，其特征在于：第二步的聚合反应是在无水氯化锂和无水氯化钙双盐溶液体系下进行。
13.根据权利要求1所述的聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的制备方法，其特征在于：第二步中所述的有机极性溶剂选自1-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、六甲基磷酰酰胺、乙腈、二恶烷、丙酮中的任意一种。
14.根据权利要求1所述的聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的制备方法，其特征在于：第二步中膜液涂的浓度为0.1～20wt％。
15.根据权利要求14所述的聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的制备方法，其特征在于：第二步中膜液涂的浓度为4wt％～10wt％。
16.根据权利要求1所述的聚酰胺VOCs截留型聚合物分离膜的制备方法，其特征在于：R1和R2分别独立地为H。
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