CN109126487A - 一种电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法及该复合膜的应用 - Google Patents

一种电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法及该复合膜的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN109126487A
CN109126487A CN201811154662.9A CN201811154662A CN109126487A CN 109126487 A CN109126487 A CN 109126487A CN 201811154662 A CN201811154662 A CN 201811154662A CN 109126487 A CN109126487 A CN 109126487A
Authority
CN
China
Prior art keywords
polyaniline
polyvinylamine
electrode
membrane
electrochemical deposition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811154662.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109126487B (zh
Inventor
王永洪
张新儒
刘成岑
侯蒙杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Technology filed Critical Taiyuan University of Technology
Priority to CN201811154662.9A priority Critical patent/CN109126487B/zh
Publication of CN109126487A publication Critical patent/CN109126487A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109126487B publication Critical patent/CN109126487B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/58—Other polymers having nitrogen in the main chain, with or without oxygen or carbon only
    • B01D71/60—Polyamines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/228—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion characterised by specific membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002—Organic membrane manufacture
    • B01D67/0006—Organic membrane manufacture by chemical reactions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法及该复合膜的应用。本发明以平板微孔滤膜作为支撑体；使用电化学沉积法将聚苯胺生长到微孔滤膜表面，得到具有聚苯胺分离层的膜；通过涂覆法将聚乙烯胺修饰到聚苯胺分离层表面，起修补缺陷以及表面改性的作用。本发明通过电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺的复合膜，并将该膜用于CO2/N2的分离，具有较高的CO2渗透速率和分离因子。本发明采用电化学沉积法制备的聚苯胺分离层，厚度薄、沉积均匀、致密性好、沉积的膜面积大，该聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜制备简单，不需要有机溶剂，无需复杂设备，绿色环保，简单易行，易于实现工业化。

Description

一种电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法 及该复合膜的应用
技术领域
本发明涉及一种电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法及该复合膜的应用，属于化学工程膜分离技术领域。
背景技术
CO2分离与捕集已成为全球关注的研究热点。膜分离技术具有装置灵活、工艺简单、环境友好、成本低廉等诸多优点，是现阶段最具发展应用前景的气体分离技术。在CO2膜分离技术中，性能优良的膜材料的开发是该技术发展的关键，而复合膜的制备则是膜分离技术工业化的重要步骤。
聚苯胺是一种具有简单共轭结构的有机聚合物，在质子酸掺杂的状态下，聚苯胺具有类似金属的导电性。简单的掺杂-脱掺杂能够使聚苯胺的分子链结构发生变化，这一特性引起了膜技术研究者的极大兴趣。通过调节聚苯胺的掺杂-脱掺杂状态，能够使聚苯胺的分子链结构发生变化，进而调控聚苯胺膜的孔结构，为提高分离膜的选择透过性能提供了契机。
聚苯胺膜的主要形式有自支撑膜、复合膜和共混膜。相比于自支撑膜和共混膜，聚苯胺复合膜机械性能好，并且其分离层较薄，膜的气体渗透性能较高。聚苯胺复合膜的制备方法主要有溶剂焊接法和原位聚合法。溶剂焊接法是通过有机溶剂部分溶解聚苯胺膜（化学氧化法预先制备好的）和支撑膜之间的聚合物分子链，完全干燥之后，支撑膜就与聚苯胺膜“焊接”在一起。原位聚合法是先将苯胺单体吸附在某种基材上，通过引发苯胺的聚合反应获得聚苯胺复合膜。以上两种制膜方法均是基于化学氧化法制备聚苯胺膜的延伸。但是化学氧化法由于引发剂的加入，产品纯度不高，这会在很大程度上影响聚苯胺膜的分离性能。
发明内容
本发明旨在提供一种电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法及该复合膜的应用，通过电化学沉积法制备具有聚苯胺分离层的多层复合膜，并将该膜用于CO2/N2的分离，具有较高的CO2渗透速率和分离因子。
本发明以平板微孔滤膜作为支撑体，通过电化学法大面积制备具有聚苯胺分离层的多层复合膜，可以得到性能优异的气体分离膜。首先通过恒电流电化学法将聚苯胺沉积到平板多孔微滤膜的表面，得到超薄的聚苯胺层；电化学沉积法是通过电场作用使苯胺单体在工作电极发生氧化聚合制得聚苯胺，产品纯度高，操作简单。通过调控电解液中的苯胺浓度以及高氯酸的酸度，可以制得不同孔径和厚度的聚苯胺薄膜；通过涂覆法将聚乙烯胺修饰到聚苯胺分离层的表面，可以起到修补缺陷和表面改性的作用。
本发明提供了一种电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法，以平板微孔滤膜作为支撑体；使用电化学沉积法将聚苯胺生长到微孔滤膜表面，得到具有聚苯胺分离层的膜；通过涂覆法将聚乙烯胺修饰到聚苯胺分离层表面，起修补缺陷以及表面改性的作用。
上述制备方法中，所用的平板微孔滤膜是支撑膜，起支撑作用，截留分子量为5000-20000，表面积为4-30cm2；支撑膜对于复合膜的分离效果无影响，电化学沉积的超薄聚苯胺层是分离膜的关键；涂覆的聚乙烯胺层起到修补缺陷以及表面改性的作用。进一步地，所述微孔滤膜的多孔层材质为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、醋酸纤维素中的任一种，基底材质为无纺布。
上述制备方法包括以下步骤：
（1）制备微孔滤膜：取表面积为4-30cm2的截留分子量为5000-20000的平板微孔滤膜作为支撑膜，在20-30°C、1-5wt%的表面活性剂水溶液中浸泡24-72h，清洗干燥后待用，命名为产物A；
所述表面活性剂为乙二胺、十二烷基磺酸钠、十八烷基硫酸钠中的任一种；
（2）制备电极：本发明使用三电极系统，工作电极和辅助电极均为金属薄片电极，电极表面积均为4-30cm2；参比电极为饱和甘汞电极；在电沉积之前，使用绝缘胶带将产物A固定在工作电极上；
（3）制备电解液：将苯胺单体分散到浓度为0.1-1mol/L的高氯酸溶液中，得到溶液B，溶液B中苯胺的浓度为0.05-1mol/L；
（4）制备聚苯胺分离层：在温度为20-30ºC时，以溶液B为电解液，使用三电极系统，通过恒电流电化学法在产物A的多孔层表面沉积聚苯胺，其中恒电流密度的数值设置范围为0.1-0.5mA/cm2，在恒定的电流密度下沉积3-10h，得到得到厚度为50nm-1000nm的聚苯胺分离层，命名为产物C；
（5）膜的表面修饰：配制质量浓度为1-5wt%的聚乙烯胺水溶液，将其均匀涂覆在产物C的表面，控制湿膜厚度为1-50µm，在温度为25-80°C的鼓风干燥箱中干燥6-48h，得到聚苯胺/聚乙烯胺的多层复合膜。
本发明所用电化学法为恒电流沉积法，所用的三电极系统工作电极和辅助电极为不锈钢片、金片、铂片等金属薄片电极。
本发明提供了一种采用上述方法所制备的聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜。电化学沉积法制备的聚苯胺分离层，厚度为50nm-1000nm、分散均匀、致密性好、沉积的膜面积大。
本发明提供了上述聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜在CO2分离与捕集中的应用。
气体渗透性能采用恒压变体积法。实验测试中，将膜固定在膜池中，膜池的内部结构为圆形，有效半径为1.5cm，上游侧压力范围为0.1MPa-2.0MPa，测试温度为25°C，进料侧气体的湿度通过温度可控的加湿罐调控；在膜腔的下游侧采用He或者H2作为吹扫气，吹扫气流速控制在2-100sccm，压力为常压，采用气相色谱对下游侧组分进行检测。
本发明的有益效果：
（1）本发明所制备的聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜可用于CO2/N2二元气体体系分离，具有良好的分离性能。
（2）本发明采用电化学沉积法制备的聚苯胺分离层，厚度薄、沉积均匀、致密性好、沉积的膜面积大，该聚苯胺/聚乙烯胺的多层复合膜制备简单，不需要有机溶剂，无需复杂设备，绿色环保，简单易行，易于实现工业化。
附图说明
图1是本发明制备的聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜结构示意图。
图中：1为微孔滤膜，2为聚苯胺分离层，3为聚乙烯胺改性层。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
对比例1：聚乙烯胺复合膜的制备方法，步骤如下：
（1）取截留分子量为6000的多孔聚醚砜滤膜作为支撑膜，在30°C、2%的乙二胺水溶液中浸泡72h，清洗干燥后待用。
（2）配制成质量浓度为2wt%的聚乙烯胺水溶液，将其均匀涂覆在聚醚砜支撑膜的表面，控制湿膜厚度为50µm，在温度为30°C的鼓风干燥箱中干燥12h，得到复合膜，待用。
将制得的聚乙烯胺复合膜在温度为25°C、测试压力为0.1MPa条件下进行CO2/N2二元混合气（其中CO2的体积分数为15%）渗透性能测试，CO2渗透速率为分别为73 GPU（1 GPU=1×10-6 cm3(STP)/(cm2 s cmHg)），CO2/N2分离因子为45.0。
实施例1：本发明所述聚苯胺/聚乙烯胺的多层复合膜的制备，步骤如下：
（1）取截留分子量为6000的多孔聚醚砜滤膜作为支撑膜，在30°C、2%的乙二胺水溶液中浸泡72h，清洗干燥后待用。
（2）电极制备：使用三电极系统，工作电极和辅助电极均为不锈钢电极，电极表面积均为4cm2；参比电极为饱和甘汞电极。在电沉积之前，使用绝缘胶带将聚醚砜膜固定在工作电极上。
（3）电解液的制备：将一定量的苯胺单体分散到浓度为1mol/L的高氯酸溶液中得到电解液，其中苯胺的浓度为0.5mol/L；
（4）聚苯胺分离层制备：在温度为25ºC时，使用三电极系统，通过恒电流电化学法在聚醚砜滤膜的多孔层表面沉积聚苯胺；其中恒电流密度的数值以及沉积时间为：0.1 mA/cm2电流密度下沉积2h，0.05mA/cm2电流密度下沉积3h，0.025mA/cm2电流密度下沉积3h，总沉积时间为8h，得到具有聚苯胺分离层的膜材料。
（5）膜的表面修饰：配制成质量浓度为2wt%的聚乙烯胺水溶液，将其均匀涂覆在聚苯胺分离层的膜材料的表面，控制湿膜厚度为50µm，在温度为30°C的鼓风干燥箱中干燥12h，得到多层复合膜，待用。
将制得的聚苯胺/聚乙烯胺复合膜在温度为25°C、测试压力为0.1MPa条件下进行CO2/N2二元混合气（其中CO2的体积分数为15%）渗透性能测试，CO2渗透速率为分别为105GPU（1 GPU= 1×10-6 cm3(STP)/(cm2 s cmHg)），CO2/N2分离因子为42.1。
实施例2：本发明所述聚苯胺/聚乙烯胺的多层复合膜的制备，步骤如下：
（1）取截留分子量为6000的多孔聚醚砜滤膜作为支撑膜，在30°C、2%的乙二胺水溶液中浸泡72h，清洗干燥后待用。
（2）电极制备：使用三电极系统，工作电极和辅助电极均为不锈钢电极，电极表面积均为4cm2；参比电极为饱和甘汞电极。在电沉积之前，使用绝缘胶带将聚醚砜膜固定在工作电极上。
（3）电解液的制备：将一定量的苯胺单体分散到浓度为1mol/L的高氯酸溶液中得到电解液，其中苯胺的浓度为0.25mol/L；
（4）聚苯胺分离层制备：在温度为25ºC时，使用三电极系统，通过恒电流电化学法在聚醚砜滤膜的多孔层表面沉积聚苯胺；其中恒电流密度的数值以及沉积时间为：0.1 mA/cm2电流密度下沉积2h，0.05mA/cm2电流密度下沉积3h，0.025mA/cm2电流密度下沉积3h，总沉积时间为8h，得到具有聚苯胺分离层的膜材料。
（5）膜的表面修饰：配制成质量浓度为2wt%的聚乙烯胺水溶液，将其均匀涂覆在聚苯胺分离层的膜材料的表面，控制湿膜厚度为50µm，在温度为30°C的鼓风干燥箱中干燥12h，得到多层复合膜，待用。
将制得的具有超薄聚苯胺分离层的复合膜在温度为25°C、测试压力为0.1MPa条件下进行CO2/N2二元混合气（其中CO2的体积分数为15%）渗透性能测试，CO2渗透速率为分别为114GPU（1 GPU= 1×10-6 cm3(STP)/(cm2 s cmHg)），CO2/N2分离因子为57.9。
实施例3：本发明所述聚苯胺/聚乙烯胺的多层复合膜的制备，步骤如下：
（1）取截留分子量为6000的多孔聚醚砜滤膜作为支撑膜，在30°C、2%的乙二胺水溶液中浸泡72h，清洗干燥后待用。
（2）电极制备：使用三电极系统，工作电极和辅助电极均为不锈钢电极，电极表面积均为4cm2；参比电极为饱和甘汞电极。在电沉积之前，使用绝缘胶带将聚醚砜膜固定在工作电极上。
（3）电解液的制备：将一定量的苯胺单体分散到浓度为1mol/L的高氯酸溶液中得到电解液，其中苯胺的浓度为0.1mol/L；
（4）聚苯胺分离层制备：在温度为25ºC时，使用三电极系统，通过恒电流电化学法在聚醚砜滤膜的多孔层表面沉积聚苯胺；其中恒电流密度的数值以及沉积时间为：0.1 mA/cm2电流密度下沉积2h，0.05mA/cm2电流密度下沉积3h，0.025mA/cm2电流密度下沉积3h，总沉积时间为8h，得到具有聚苯胺分离层的膜材料。
（5）膜的表面修饰：配制成质量浓度为2wt%的聚乙烯胺水溶液，将其均匀涂覆在聚苯胺分离层的膜材料的表面，控制湿膜厚度为50µm，在温度为30°C的鼓风干燥箱中干燥12h，得到多层复合膜，待用。
将制得的聚苯胺/聚乙烯胺的多层复合膜在温度为25°C、测试压力为0.1MPa条件下进行CO2/N2二元混合气（其中CO2的体积分数为15%）渗透性能测试，CO2渗透速率为分别为151.4GPU（1 GPU= 1×10-6 cm3(STP)/(cm2 s cmHg)），CO2/N2分离因子为85.8。
实施例4：本发明所述聚苯胺/聚乙烯胺的多层复合膜的制备，步骤如下：
（1）取截留分子量为6000的多孔聚醚砜滤膜作为支撑膜，在30°C、2%的乙二胺水溶液中浸泡72h，清洗干燥后待用。
（2）电极制备：使用三电极系统，工作电极和辅助电极均为不锈钢电极，电极表面积均为4cm2；参比电极为饱和甘汞电极。在电沉积之前，使用绝缘胶带将聚醚砜膜固定在工作电极上。
（3）电解液的制备：将一定量的苯胺单体分散到浓度为0.5mol/L的高氯酸溶液中得到电解液，其中苯胺的浓度为0.1mol/L；
（4）聚苯胺分离层制备：在温度为25ºC时，使用三电极系统，通过恒电流电化学法在聚醚砜滤膜的多孔层表面沉积聚苯胺；其中恒电流密度的数值以及沉积时间为：0.1 mA/cm2电流密度下沉积2h，0.05mA/cm2电流密度下沉积3h，0.025mA/cm2电流密度下沉积3h，总沉积时间为8h，得到具有超薄聚苯胺分离层的膜材料。
（5）膜的表面修饰：配制成质量浓度为2wt%的聚乙烯胺水溶液，将其均匀涂覆在聚苯胺分离层的膜材料的表面，控制湿膜厚度为50µm，在温度为30°C的鼓风干燥箱中干燥12h，得到多层复合膜，待用。
将制得的聚苯胺/聚乙烯胺的多层复合膜在温度为25°C、测试压力为0.1MPa条件下进行CO2/N2二元混合气（其中CO2的体积分数为15%）渗透性能测试，CO2渗透速率为分别为111GPU（1 GPU= 1×10-6 cm3(STP)/(cm2 s cmHg)），CO2/N2分离因子为75.5。
实施例5：本发明所述聚苯胺/聚乙烯胺复合膜的制备，步骤如下：
（1）取截留分子量为6000的多孔聚醚砜滤膜作为支撑膜，在30°C、2%的乙二胺水溶液中浸泡72h，清洗干燥后待用。
（2）电极制备：使用三电极系统，工作电极和辅助电极均为不锈钢电极，电极表面积均为4cm2；参比电极为饱和甘汞电极。在电沉积之前，使用绝缘胶带将聚醚砜膜固定在工作电极上。
（3）电解液的制备：将一定量的苯胺单体分散到浓度为0.2mol/L的高氯酸溶液中得到电解液，其中苯胺的浓度为0.1mol/L；
（4）聚苯胺分离层制备：在温度为25ºC时，使用三电极系统，通过恒电流电化学法在聚醚砜滤膜的多孔层表面沉积聚苯胺；其中恒电流密度的数值以及沉积时间为：0.1 mA/cm2电流密度下沉积2h，0.05mA/cm2电流密度下沉积3h，0.025mA/cm2电流密度下沉积3h，总沉积时间为8h，得到具有聚苯胺分离层的膜材料。
（5）膜的表面修饰：配制成质量浓度为2wt%的聚乙烯胺水溶液，将其均匀涂覆在聚苯胺分离层的膜材料的表面，控制湿膜厚度为50µm，在温度为30°C的鼓风干燥箱中干燥12h，得到多层复合膜，待用。
将制得的聚苯胺/聚乙烯胺的多层复合膜在温度为25°C、测试压力为0.1MPa条件下进行CO2/N2二元混合气（其中CO2的体积分数为15%）渗透性能测试，CO2渗透速率为分别为97GPU（1 GPU= 1×10-6 cm3(STP)/(cm2 s cmHg)），CO2/N2分离因子为62.7。
与对比例1（CO2渗透速率为分别为73 GPU，CO2/N2分离因子为45.0）相比，实施例1-5所得的聚苯胺/聚乙烯胺复合膜，CO2渗透选择性能都得到提高，可达到：CO2渗透速率为分别为151.4GPU（1 GPU= 1×10-6 cm3(STP)/(cm2 s cmHg)），CO2/N2分离因子为85.8。很显然，聚苯胺的孔结构以及独特的掺杂-脱掺杂状态实现了对CO2气体的选择性分离。
而且，从实施例1-5可以看出，通过调节电解液中苯胺和高氯酸的浓度，可以实现聚苯胺分离层结构的调控，进而有效控制多层复合膜的CO2渗透性能和CO2/N2选择性能。
实施例6：本发明所述聚苯胺/聚乙烯胺复合膜的制备，步骤如下：
（1）取截留分子量为6000的多孔聚醚砜滤膜作为支撑膜，在30°C、2%的乙二胺水溶液中浸泡72h，清洗干燥后待用。
（2）电极制备：使用三电极系统，工作电极和辅助电极均为不锈钢电极，电极表面积均为4cm2；参比电极为饱和甘汞电极。在电沉积之前，使用绝缘胶带将聚醚砜膜固定在工作电极上。（3）电解液的制备：将一定量的苯胺单体分散到浓度为1mol/L的高氯酸溶液中得到电解液，其中苯胺的浓度为0.1mol/L；
（4）聚苯胺分离层制备：在温度为25ºC时，使用三电极系统，通过恒电流电化学法在聚醚砜滤膜的多孔层表面沉积聚苯胺；其中恒电流密度的数值以及沉积时间为：0.2 mA/cm2电流密度下沉积2h，0.1mA/cm2电流密度下沉积3h，0.05mA/cm2电流密度下沉积3h，总沉积时间为8h，得到具有聚苯胺分离层的膜材料。
（5）膜的表面修饰：配制成质量浓度为2wt%的聚乙烯胺水溶液，将其均匀涂覆在聚苯胺分离层的膜材料的表面，控制湿膜厚度为50µm，在温度为30°C的鼓风干燥箱中干燥12h，得到多层复合膜，待用。
将制得的聚苯胺/聚乙烯胺的多层复合膜在温度为25°C、测试压力为0.1MPa条件下进行CO2/N2二元混合气（其中CO2的体积分数为15%）渗透性能测试，CO2渗透速率为分别为310GPU（1 GPU= 1×10-6 cm3(STP)/(cm2 s cmHg)），CO2/N2分离因子为6.7。
实施例7：本发明所述聚苯胺/聚乙烯胺复合膜的制备，步骤如下：
（1）取截留分子量为6000的多孔聚醚砜滤膜作为支撑膜，在30°C、2%的乙二胺水溶液中浸泡72h，清洗干燥后待用。
（2）电极制备：使用三电极系统，工作电极和辅助电极均为不锈钢电极，电极表面积均为4cm2；参比电极为饱和甘汞电极。在电沉积之前，使用绝缘胶带将聚醚砜膜固定在工作电极上。（3）电解液的制备：将一定量的苯胺单体分散到浓度为1mol/L的高氯酸溶液中得到电解液，其中苯胺的浓度为0.2mol/L；
（4）聚苯胺超薄层制备：在温度为25ºC时，使用三电极系统，通过恒电流电化学法在聚醚砜滤膜的多孔层表面沉积聚苯胺；其中恒电流密度的数值以及沉积时间为：0.4 mA/cm2电流密度下沉积2h，0.2mA/cm2电流密度下沉积3h，0.1mA/cm2电流密度下沉积3h，总沉积时间为8h，得到具有聚苯胺分离层的膜材料。
（5）膜的表面修饰：配制成质量浓度为2wt%的聚乙烯胺水溶液，将其均匀涂覆在聚苯胺分离层的膜材料的表面，控制湿膜厚度为50µm，在温度为30°C的鼓风干燥箱中干燥12h，得到多层复合膜，待用。
将制得的聚苯胺/聚乙烯胺的多层复合膜在温度为25°C、测试压力为0.1MPa条件下进行CO2/N2二元混合气（其中CO2的体积分数为15%）渗透性能测试，CO2渗透速率为分别为430GPU（1 GPU= 1×10-6 cm3(STP)/(cm2 s cmHg)），CO2/N2分离因子为3.5。
与对比例1（CO2渗透速率为分别为73 GPU，CO2/N2分离因子为45.0）相比，实施例6-7所得的聚苯胺/聚乙烯胺复合膜，CO2渗透性能显著提高，但是CO2/N2分离因子降低（其中实施例6的分离因子为6.7，实施例7的分离因子为3.5）。可见，制备条件的控制对于膜的渗透性能影响很大。
尽管上面对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法，其特征在于：以平板微孔滤膜作为支撑体；使用电化学沉积法将聚苯胺生长到微孔滤膜表面，得到具有聚苯胺分离层的膜；通过涂覆法将聚乙烯胺修饰到聚苯胺分离层表面，起修补缺陷以及表面改性的作用。
2.根据权利要求1所述的电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法，其特征在于：所用的平板微孔滤膜是支撑膜，起支撑作用，截留分子量为5000-20000，表面积为4-30cm2。
3.根据权利要求2所述的电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法，其特征在于：所述微孔滤膜的多孔层材质为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、醋酸纤维素中的任一种，基底材质为无纺布。
4.根据权利要求1所述的电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）制备微孔滤膜：取表面积为4-30cm2的截留分子量为5000-20000的平板微孔滤膜作为支撑膜，在20-30°C、1-5wt%的表面活性剂水溶液中浸泡24-72h，清洗干燥后待用，命名为产物A；
所述表面活性剂为乙二胺、十二烷基磺酸钠、十八烷基硫酸钠中的任一种；
（2）制备电极：使用三电极系统，工作电极和辅助电极均为金属薄片电极，电极表面积均为4-30cm2；参比电极为饱和甘汞电极；在电沉积之前，使用绝缘胶带将产物A固定在工作电极上；
（3）制备电解液：将苯胺单体分散到浓度为0.1-1mol/L的高氯酸溶液中，得到溶液B，溶液B中苯胺的浓度为0.05-1mol/L；
（4）制备聚苯胺分离层：在温度为20-30ºC时，以溶液B为电解液，使用三电极系统，通过恒电流电化学法在产物A的多孔层表面沉积聚苯胺，其中恒电流密度的数值设置范围为0.1-0.5mA/cm2，，在恒定的电流密度下沉积3-10h，得到聚苯胺层的膜材料，命名为产物C；
（5）膜的表面修饰：配制质量浓度为1-5wt%的聚乙烯胺水溶液，将其均匀涂覆在产物C的表面，控制湿膜厚度为1-50µm，在温度为25-80°C的鼓风干燥箱中干燥6-48h，得到聚苯胺/聚乙烯胺的多层复合膜。
5.根据权利要求4所述的电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法，其特征在于：所述三电极系统中工作电极和辅助电极为金属薄片电极，包括不锈钢片、金片、铂片中的任一种。
6.一种采用权利要求1~5任一项所述的方法制备的聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜，其特征在于：电化学沉积法制备的聚苯胺分离层，厚度为50nm-1000nm、分散均匀、致密性好、沉积的膜面积大。
7.一种权利要求6所述的聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜在CO2分离与捕集中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：采用恒压变体积法测试气体的渗透性能；实验测试中，将膜固定在膜池中，膜池的内部结构为圆形，有效半径为1.5cm，上游侧压力范围为0.1MPa-2.0MPa，测试温度为25°C，进料侧气体的湿度通过温度可控的加湿罐调控；在膜腔的下游侧采用He或者H2作为吹扫气，吹扫气流速控制在2-100sccm，压力为常压，采用气相色谱对下游侧组分进行检测。
CN201811154662.9A 2018-09-30 2018-09-30 一种电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法及该复合膜的应用 Active CN109126487B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811154662.9A CN109126487B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法及该复合膜的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811154662.9A CN109126487B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法及该复合膜的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109126487A true CN109126487A (zh) 2019-01-04
CN109126487B CN109126487B (zh) 2021-06-22

Family

ID=64813832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811154662.9A Active CN109126487B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法及该复合膜的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109126487B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113058443A (zh) * 2021-04-25 2021-07-02 哈尔滨工业大学 一种中空纤维无机膜的制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101596412A (zh) * 2009-06-18 2009-12-09 天津大学 用于分离酸性气体的强化聚乙烯胺固定载体复合膜及其制备方法
CN101979717A (zh) * 2010-12-02 2011-02-23 上海师范大学 电化学沉积法制备多孔聚苯胺/聚氨酯复合材料的方法
CN102580563A (zh) * 2012-03-27 2012-07-18 天津大学 以小分子胺改性聚乙烯胺制备的分离co2复合膜及制备
CN102886212A (zh) * 2012-10-10 2013-01-23 天津大学 以聚苯胺纳米材料和聚乙烯胺制备co2分离膜的方法
CN104801207A (zh) * 2015-01-22 2015-07-29 天津大学 用于含二氧化碳气体分离的聚乙烯胺/聚苯胺混合基质膜的制备方法
CN105713226A (zh) * 2016-04-15 2016-06-29 武汉工程大学 一种孔径可控的聚苯胺薄膜的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101596412A (zh) * 2009-06-18 2009-12-09 天津大学 用于分离酸性气体的强化聚乙烯胺固定载体复合膜及其制备方法
CN101979717A (zh) * 2010-12-02 2011-02-23 上海师范大学 电化学沉积法制备多孔聚苯胺/聚氨酯复合材料的方法
CN102580563A (zh) * 2012-03-27 2012-07-18 天津大学 以小分子胺改性聚乙烯胺制备的分离co2复合膜及制备
CN102886212A (zh) * 2012-10-10 2013-01-23 天津大学 以聚苯胺纳米材料和聚乙烯胺制备co2分离膜的方法
CN104801207A (zh) * 2015-01-22 2015-07-29 天津大学 用于含二氧化碳气体分离的聚乙烯胺/聚苯胺混合基质膜的制备方法
CN105713226A (zh) * 2016-04-15 2016-06-29 武汉工程大学 一种孔径可控的聚苯胺薄膜的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JUAN ZHAO ETAL.: "High-performance membranes comprising polyaniline nanoparticles incorporated into polyvinylamine matrix for CO2/N2 separation", 《JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE》 *
SHU ZHU ETAL.: "Paperation and characterization of a polyethersulfone/polyaniline nanopcomposite membrane for ultrafiltration and as s substrate for a gas separation membrane", 《RSC ADVANCES》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113058443A (zh) * 2021-04-25 2021-07-02 哈尔滨工业大学 一种中空纤维无机膜的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109126487B (zh) 2021-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110869538B (zh) 用于碱解的强化隔膜
CN106887598B (zh) 一种有序化膜电极及其制备和应用
US7938892B2 (en) Producing articles that include ionic liquids
CN103682211B (zh) 一种多孔隔膜在液流储能电池中的应用
CN102569839B (zh) 一种液流储能电池用无机物填充有孔复合膜及其应用
CN105576264B (zh) 一种气体扩散电极及其制备和应用
EP3460103A1 (en) Electrochemical reaction device
EP0248394A2 (de) Methanol/Luft-Brennstoffzellen
DE112010003385T5 (de) Polymer-Elektrolyt-Membran für eine Brennstoffzelle und Verfahren für derenHerstellung
Chen et al. Graphene enhances the proton selectivity of porous membrane in vanadium flow batteries
CN105742548A (zh) 一种多孔膜在中性体系锌铁液流电池中的应用
CN104722215A (zh) 基于石墨烯材料的二氧化碳气体分离膜的制备方法
CN105322119A (zh) 一种多孔隔膜在锂硫二次电池中的应用
CN108745002A (zh) 一种原位掺杂碳量子点的磺化聚醚醚酮混合基质膜及其制备方法和应用
CN104716355A (zh) 一种液流电池用复合膜及其应用
CN105749769A (zh) 一种离子液体共混膜的制备及应用
CN112808030A (zh) 一种电化学制备自支撑MXene-ZIF-8复合膜的方法
CN108134107A (zh) 一种多孔膜在碱性锌铁液流电池的应用
CN109126487A (zh) 一种电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法及该复合膜的应用
CN106890676A (zh) 一种多孔电催化膜及其制备和应用
CN104347884B (zh) 一种适用于燃料电池的电极的制备方法
CN106558712A (zh) 一种复合膜在中性体系锌铁液流电池中的应用
CN105742549A (zh) 一种有孔分离膜在锌溴液流电池中的应用
CN108043239A (zh) 一种带聚磺化多巴胺层的阴离子交换膜的制备方法
CN111111477B (zh) 一种烯烃/烷烃分离膜及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant