CN107854973A - 一种改性聚苯醚气体分离膜及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改性聚苯醚气体分离膜制备方法，首先通过制备溴化聚苯醚，然后使其接上含三氟甲基基团，将接有三氟甲基的溴化聚苯醚溶液涂在模板上，干燥后制得改性聚苯醚气体分离膜。改性聚苯醚气体分离膜能有效的实现二氧化碳和氮气的分离，可用于提纯气体等方面。

Description

一种改性聚苯醚气体分离膜及制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子气体分离膜的制备方法及作为原料的一种聚苯醚化合物。
背景技术
工业革命以来，大气中二氧化碳的含量越来越多，引起了温室效应，并最终导致全球气候变化，威胁人类的生命环境，所以必须要对二氧化碳的排放进行有效的控制。气体分离膜技术分离二氧化碳被国际学者普遍认为是最有发展潜力的方案之一。
随着绿色环保的意识逐渐深入科学研究和生活，气体分离膜等方面的应用逐步被重视。国内外许多专家学者对制备气体分离膜进行了深刻的探讨和研究：曹义鸣等在中国科学院大连化学物理研究所,2010,报道了以特色交联剂聚醚胺对聚酰亚胺进行了全面的交联改性制备了含有醚氧官能团结构的交联聚酰亚胺气体分离膜对CO2有很好的选择性，但聚酰亚胺的溶解性不好，导致工艺过程复杂。Cong等在Journal of Membrance Science,2007,294(1-2):178-185研究了化学改性PPO与SiO2和碳纳米管的复合膜，在保持聚合物分离膜选择性的前提下，大大提高了对CO2气体的渗透性。
高分子气体分离膜方法是利用混合气体中各组分在压差推动下在膜中渗透速率的差异来实现气体分离的一种方法，但是现有技术提供的气体分离膜仍存在选择性、机械性能、成膜性，工艺过程复杂等问题。
发明内容
本发明的目的是要解决现有方法制备的气体分离膜存在对二氧化碳渗透性能低、选择性能低的问题，提供一种新的气体分离膜的制备方法。
一种改性聚苯醚气体分离膜的制备方法，包括下述步骤：
S1：2,6-二甲基聚苯醚与溴素进行溴化反应得到溴化聚苯醚；
S2：溴化聚苯醚与3,5-二(三氟甲基)苯硼酸发生偶联反应得到5-(3,5-二(三氟甲基)-2,6-二甲基聚苯醚；
S3：将5-(3,5-二(三氟甲基)-2,6-二甲基聚苯醚溶于三氯甲烷得到溶液；
S4：将S3中得到的溶液涂在模板上，溶剂挥发后，再将模板进行干燥，即得到改性聚苯醚气体分离膜。
上述制备气体分离膜的方法中，其中步骤S1具体操作为：
S11：溴素溶于三氯甲烷，配制成溶液A；
S12：2,6-二甲基聚苯醚(PPO)溶于三氯甲烷配制成溶液B；
S13：将溶液A加入到溶液B中，搅拌反应，然后将反应液滴入甲醇中，搅拌；
S14：将反应物抽滤，洗涤，干燥，即得到溴化聚苯醚(BPPO)
上述制备气体分离膜的方法中，其中步骤S2具体操作为：将甲苯、乙醇、碳酸钠溶液、3,5-二(三氟甲基)苯硼酸、四(三苯基膦)钯和BPPO混合，氮气保护下，加热回流反应，将反应后的溶液先后滴入乙醇/盐酸溶液，乙醇/氨水溶液,产物析出，将产物抽滤，洗涤，干燥，即得到5-(3,5-二(三氟甲基)-2,6-二甲基聚苯醚。其中所述的碳酸钠溶液浓度优选为0.20-0.25g/ml。
上述制备气体分离膜的方法中，其中步骤S3中，配制成的溶液浓度为 300-500mg/ml。
本发明合成出了新型的改性聚苯醚，暨5-(3,5-二(三氟甲基)-2,6-二甲基聚苯醚，并以此为原料制备出了新型的改性聚苯醚气体分离膜，整个制备过程原料简单易得，工艺简单易于操作，得到的气体分离膜能高效的实现二氧化碳和氮气的分离。
附图说明
图1为实施例1得到的气体分离膜的的气体渗透曲线图。
图2为对比实施例得到的气体分离膜的气体渗透曲线图。
图3为实施例1中制备得到的5-(3,5-二(三氟甲基)-2,6-二甲基聚苯醚的红外光谱图。
具体实施方式
实施例1
一种改性聚苯醚气体分离膜的制备：
S1：制备溴化聚苯醚(BPPO)
S11：5g溴素溶于10ml三氯甲烷，配制成溶液A；
S12：6g 2,6-二甲基聚苯醚(PPO)溶于150ml三氯甲烷配制成溶液B，将溶液B 置于磁力搅拌上，PPO的分子量约为150000，其结构式如下：
S13：将溶液A以0.33-0.42ml/min的速率滴入溶液B，反应过程为2h，将反应后溶液逐滴滴入甲醇中，剧烈搅拌；
S14：将得到的反应物进行抽滤，洗涤，将滤饼放入真空干燥箱进行干燥，即得到溴化聚苯醚(BPPO)，BPPO结构式如下：
S2：接入三氟甲基
将步骤S1得到的产物BPPO溶于24ml甲苯，加入8ml乙醇、16ml碳酸钠溶液(浓度为0.25-0.3g/ml)、1.3g 3,5-二(三氟甲基)苯硼酸和0.46g四(三苯基膦)钯，加热回流，整个反应过程需要氮气保护，将反应后的溶液中先后滴入乙醇/盐酸溶液，乙醇/氨水溶液，产物析出，将产物抽滤，洗涤，真空干燥，即得到接有三氟甲基的BPPO，其红外光谱图见图3，三氟甲基在1327-1320cm-1的吸收峰证实了所合成的高分子中含有三氟甲基基团，其结构式为：
S3：混合
取步骤S2得到的产物5-(3,5-二(三氟甲基)-2,6-二甲基聚苯醚0.1g与2ml 三氯甲烷混合，超声得到溶液；
S4：刮涂成模
采用刮涂法将步骤S3得到的溶液涂在聚四氟乙烯模板上，厚度约为120μm，将聚四氟乙烯模板放入通风橱，待三氯甲烷挥发后，再将模板放入真空干燥箱进行干燥，即得到改性聚苯醚气体分离膜。
对比实施例
S1：制备溴化聚苯醚(BPPO)
S11：5g溴素溶于10ml三氯甲烷，配制成溶液A；
S12：6g 2,6-二甲基聚苯醚(PPO)溶于150ml三氯甲烷配制成溶液B，将溶液B 置于磁力搅拌上，PPO的分子量为150000，其结构式如下：
S13：将溶液A以0.33-0.42ml/min的速率滴入溶液B，反应过程为2h，将反应后溶液逐滴滴入甲醇中，剧烈搅拌；
S14：将得到的反应物进行抽滤，洗涤，将滤饼放入真空干燥箱进行干燥，即得到溴化聚苯醚(BPPO)，结构式为
S2：混合
取步骤S1得到的产物BPPO 0.1g与2ml三氯甲烷混合，超声得到溶液；
S4：刮涂成模
采用刮涂法将步骤S2得到的溶液涂在聚四氟乙烯模板上，厚度约为120μm，将聚四氟乙烯模板放入通风橱，待三氯甲烷挥发后，再将模板放入真空干燥箱进行干燥，即得到聚苯醚气体分离膜。
实施例2 气体分离膜的分离性能测试
实施例1得到的气体分离膜气体渗透曲线图
通过检测可知由实施例1所制备的的气体分离膜的厚度约为100μm，在25℃下测得二氧化碳和氮气的渗透率如图1所示，根据图1的气体变化速率与气体渗透系数P的关系计算可得该膜的气体渗透系数P(CO2)＝219.5，P(N2)＝10.9。
对比实施例得到的气体分离膜气体渗透曲线图
通过检测可知由对比实施例所制备的的气体分离膜的厚度约为100μm，在25℃下测得二氧化碳和氮气的渗透率如图2所示，根据图2的气体变化速率与气体渗透系数P 的关系计算可得该膜的气体渗透系数P(CO2)＝79，P(N2)＝6.5。
说明在聚苯醚结构中引入了三氟甲基苯基团以后，制备的气体分离膜对二氧化碳的渗透率明显增大，使二氧化碳和氮气的渗透率差距明显加大，能有效的实现二氧化碳和氮气的分离。

Claims (7)

1.一种改性聚苯醚气体分离膜制备方法，包括下述步骤：
S1：2,6-二甲基聚苯醚与溴素进行溴化反应得到溴化聚苯醚；
S2：溴化聚苯醚与3,5-二(三氟甲基)苯硼酸发生偶联反应得到5-(3,5-二(三氟甲基)-2,6-二甲基聚苯醚；
S3：将5-(3,5-二(三氟甲基)-2,6-二甲基聚苯醚溶于三氯甲烷得到溶液；
S4：将S3中得到的溶液涂在模板上，溶剂挥发后，再将模板进行干燥，即得到改性聚苯醚气体分离膜。
2.一种权利要求1中所述气体分离膜制备方法，其中步骤S1操作为：
S11：溴素溶于三氯甲烷，配制成溶液A；
S12：2,6-二甲基聚苯醚溶于三氯甲烷配制成溶液B；
S13：将溶液A加入到溶液B中，搅拌反应，然后将反应液滴入甲醇中，搅拌；
S14：将反应物抽滤，洗涤，干燥，即得到溴化聚苯醚。
3.一种权利要求1中所述气体分离膜制备方法，其中步骤S2操作为：
将甲苯、乙醇、碳酸钠溶液、3,5-二(三氟甲基)苯硼酸、四(三苯基膦)钯和溴化聚苯醚混合，氮气保护下，加热回流反应，将反应后的溶液先后滴入乙醇/盐酸溶液，乙醇/氨水溶液，产物析出，将产物抽滤，洗涤，干燥，即得到5-(3,5-二(三氟甲基)-2,6-二甲基聚苯醚。
4.如权利要求3所述的一种气体分离膜的制备方法，其特征在于步骤S2中碳酸钠溶液的浓度为0.20-0.25g/ml。
5.如权利要求1所述的一种气体分离膜的制备方法，其特征在于步骤S3中得到的溶液浓度为300-500mg/ml。
6.如权利要求1所述的一种气体分离膜的制备方法，其特征在于步骤S4中的模板为聚四氟乙烯模板。
7.一种聚苯醚化合物，化学名称为5-(3,5-二(三氟甲基)-2,6-二甲基聚苯醚。
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