CN110787658A - 一种Pebax/ATP混合基质膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种聚醚嵌段酰胺和凹凸棒土混合基质膜及其制备方法，具体步骤：1)将Pebax颗粒溶解于N‑甲基吡咯烷酮(NMP)中，回流搅拌形成均一的聚合物溶液；2)将凹凸棒土溶解于一定量的N‑甲基吡咯烷酮(NMP)中，进行超声搅拌混匀；3)混合上述两种溶液，超声处理后，持续回流搅拌一定时间，所得铸膜液浇注至培养皿室温固化成膜。基于凹凸棒土链层状的镁铝硅酸盐粘土矿物ATP和聚醚嵌段酰胺材料Pebax‑1657，采用溶剂共混挥发的制膜方式制备形态均一、混合均匀，具有优良二氧化碳分离性能的混合基质膜。

Description

一种Pebax/ATP混合基质膜的制备方法
技术领域
本发明属于膜材料制备技术，具体涉及一种聚醚嵌段酰胺Pebax/凹凸棒土ATP混合基质膜的制备方法。
背景技术
膜分离技术因其操作简单、占地面积小、能耗低等优点，逐渐成为气体分离、能源行业的新兴技术。然而，目前膜材料及其制备工艺制约着膜分离技术的发展。一方面，选择性与渗透性二者之间的相互制约关系是膜材料发展的一个研究难点。含有聚合物有机作为基质和无机材料做为填料的混合基质膜是解决该制约关系的一大途径。另一方面，在混合基质膜的制备过程中，聚合物基质、无机填料和溶剂三者之间的相容性、溶解性决定了最终混合基质膜的性能。
聚醚嵌段酰胺Pebax-1657是具有良好的耐用性、柔韧性和对酸性气体的选择性，是一种有前途的膜制备材料。而凹凸棒土是一种具有链层状结构的镁铝硅酸盐粘土矿物，其中四面体晶片角顶隔一定距离方向颠倒，形成层链状。在四面体条带间形成与链平行的通道，通道横断面约3.7*6.3A°，对动力学直径相当的二氧化碳气体具有快速通过的作用。同时，传统的溶剂挥发法采用乙醇/水作为溶剂，聚合物与其溶解度较差，往往导致制备的混合基质膜性能不佳。基于上述陈述，本方法提出一种以Pebax1657为聚合物基质，ATP为无机填料，在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中制备混合基质膜，用于CO2/N2的分离。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足之处，提出了一种基于NMP溶剂，以Pebax-1657为聚合物基质，ATP为无机填料制备用于CO2分离的混合基质膜的方法。
本发明的技术方案是一种Pebax/ATP混合基质膜的制备方法：
S1：铸膜液A的制备：按质量比(6：65)称取Pebax-1657颗粒溶解于NMP中，在125℃的温度下回流搅拌3h，制备成铸膜液A；
S2：铸膜液B的制备：将一定量的ATP置于200℃烘箱中24h，按质量比(3：29)称取ATP粉末溶解于NMP溶液中，超声搅拌处理1h，使无机添加剂均匀分散于溶剂体系中，制备成铸膜液B；
S3：混合基质膜的制备：上述步骤中的铸膜液A、B等比例混合，形成ATP：Pebax：NMP质量比(3：6：94)的铸膜液，超声搅拌处理1h形成均一体系，并在120℃下回流搅拌3h；
S4：膜的干燥：上述溶液倒入平整洁净的四氟培养皿中，置于干燥箱中70℃，10h，挥发溶剂，而后取出置于50℃真空干燥箱中10h，进一步挥发溶剂分子。
与现有技术相比，本发明具有的优点：
1、本发明设计了有机/无机材料的混合基质膜，该混合基质膜不仅具有Pebax材料的机械性能、气体选择性能，同时兼备了ATP的链层状结构对CO2气体的快速通过性，使得该膜气体分离性能优于传统膜。
2、本发明采用NMP作为有机溶剂，聚合物发生较好的溶解，从而形成最低能级的晶格结构；形成更紧密的结晶结构。该膜具备更高的CO2的渗透性能，适用于实际应用。
3、本发明采用ATP作为无机填料，易获取且价格低廉。
附图说明
图1不同压力条件下气体分离性能图
图2两种溶剂NMP、DMF对混合基质膜性能的影响
图3两种溶剂NMP、DMF对混合基质膜FTIR测定的影响
图4两种溶剂NMP、DMF对混合基质膜SEM表征的影响
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例来对本发明作进一步的说明。
实施例1单气体测试
通过单一气体测试实验，测定混合基质膜在不同压力条件下的CO2分离性能。分离实验采用恒压变体积的方式测定，通过在膜分离装置上游通入恒定压力的单一气体，气体通过混合基质膜后在下游引起气体体积变化，通过测定单位时间内气体体积的变化计算出气体的渗透性能与选择性能。膜池有效分离面积为8.55cm2，测试温度为40℃，重复试验5次，测定0.10、0.15、0.20、0.25、0.30MPa不同压力下的气体分离性能。
在实施例1的条件下，本发明中的混合基质膜的渗透性达120.20Barrer，CO2/N2选择性达69.31。
实施例2不同溶剂制备方法对比
(1)为验证本发明中，NMP作溶剂能够优化聚合物的晶体结构，NMP与DMF溶剂作为对比溶剂试剂，分别制备混合基质膜，气体分离性能如实施例1中所述。
在实施例2的条件下，相较于DMF，NMP作为溶剂时，如图3、4所示，混合基质膜能够拥有更均一的界面，ATP与Pebax基质的结合度也更高；同时混合基质膜拥有更高的渗透性，达120.20Barrer，远高于DMF作溶剂的混合基质膜(97.20Barrer)，且选择性并未发生太大损失(76.48降至69.31)。

Claims (3)

1.一种Pebax/ATP混合基质膜的制备方法，其特征在于：按质量比例3:6:94的添加剂ATP、基质膜Pebax和溶解NMP制备混合基质膜；
将一定量的Pebax溶解于总体积70％的NMP溶剂中，120℃回流3h，形成均一的铸膜液A；
而后将一定量的ATP溶解于总体积30％的NMP溶剂中，超声处理，形成均一的铸膜液B；
之后将铸膜液A、B混合后，经超声处理、而后120℃回流3h制备成最终的铸膜液；
将上述铸膜液倒入干净平整的四氟培养皿中，置于70℃烘箱中干燥10h，而后置于50℃真空干燥箱干燥10h，除去混合基质膜中残留的溶剂分子。
2.根据权利要求1所述的一种Pebax/ATP混合基质膜的制备方法，其特征在于：将溶剂分成两份7:3制备成A、B铸膜液，分别搅拌而后混合，能够提高ATP在混合基质膜中的分散程度。
3.根据权利要求1所述的一种Pebax/ATP混合基质膜的制备方法，其特征在于：溶剂采用NMP，形成最低能级、更紧密的晶格结构。
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