CN115400614B - 一种网状聚酰亚胺气体分离膜及其界面聚合制备方法及应用 - Google Patents

一种网状聚酰亚胺气体分离膜及其界面聚合制备方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN115400614B
CN115400614B CN202210972582.4A CN202210972582A CN115400614B CN 115400614 B CN115400614 B CN 115400614B CN 202210972582 A CN202210972582 A CN 202210972582A CN 115400614 B CN115400614 B CN 115400614B
Authority
CN
China
Prior art keywords
polyimide
solution
reticular
inorganic carrier
gas separation
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.)
Active
Application number
CN202210972582.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115400614A (zh
Inventor
刘新磊
从深震
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.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
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 Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN202210972582.4A priority Critical patent/CN115400614B/zh
Publication of CN115400614A publication Critical patent/CN115400614A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115400614B publication Critical patent/CN115400614B/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
    • B01D71/62—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain
    • B01D71/64—Polyimides; Polyamide-imides; Polyester-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • 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
    • 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
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0079—Manufacture of membranes comprising organic and inorganic components
    • 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
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/501—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
    • C01B3/503—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion characterised by the membrane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/16—Hydrogen
    • 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)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本发明涉及一种网状聚酰亚胺气体分离膜及其界面聚合制备方法及应用。网状聚酰亚胺膜具有亚胺环、未反应的氨基，网状的聚酰亚胺的结构堆叠致密；将二酐单体分散在有机溶剂中，胺单体分散在水中形成无色透明的溶液；将多孔无机载体浸泡在胺单体溶液中，拿出后，吹干表面多余的溶液；将胺单体溶液浸泡得到的无机载体置于二酐单体溶液中反应，无机载体表面形成聚酰亚胺酸膜；在高温下热处理脱水闭环形成聚酰亚胺膜。所述制备聚酰亚胺膜方法简单易行，易于规模化制备，制得的聚酰亚胺膜耐温性能好、气体分离性能优异，可应用于H2/CO2混合气体的分离。在300℃对H2的渗透速率达到了120GPU，H2/CO2的选择性达到了6.7。

Description

一种网状聚酰亚胺气体分离膜及其界面聚合制备方法及应用
技术领域
本发明属于聚合物膜制备技术领域，尤其是涉及一种网状聚酰亚胺气体分离膜及其界面聚合制备方法及应用，适用于气体分离膜领域。
背景技术
氢气作为一种清洁的绿色能源，近些年来得到了越来越多的关注。目前，工业上的氢气来源主要是通过水汽变换反应，水汽变换反应包括高温水汽变换(350℃)和低温水汽变换(190-210℃)。无论采用何种方法所制备的氢气(H2)都是以多种气体共混的方式存在，因此实现氢气的纯化对氢气的利用是非常重要的。膜分离过程具有许多优点，包括高效、低能耗、操作简易和占用空间小，在气体分离中得到了广泛的关注。聚合物因其良好的加工性能和机械稳定性而成为良好的H2纯化膜材料。然而，大多数聚合物膜在高温(100-300℃)下难以实现有效的H2纯化。聚苯并咪唑(PBI)由于链段之间的π-π堆积和氢键具有较强的尺寸筛分能力，因此具有较好的高温H2纯化应用前景。但是，链间距的密集堆叠使得PBI膜的H2渗透速率较低。聚酰亚胺(PI)具有优异的热稳定性，可在高温下长期运行。PI膜在气体分离中表现出优异的潜在应用(如CO2/N2、CO2/CH4和C3H6/C3H8等气体分离)，但现有有关聚酰亚胺气体分离膜报道所用聚酰亚胺主要是线性聚酰亚胺膜分离材料，有效孔径大，对H2的纯化性能较差。为了实现不同温度(25-300℃)下H2的纯化，通过界面聚合制备了网状的PMDA-MA聚酰亚胺膜。由于网状聚酰亚胺的堆叠更为致密，对氢气和其他气体小分子具有优异的渗透选择性，可以有效地纯化氢气。
发明内容
本发明目的是，一种网状聚酰亚胺气体分离膜及其界面聚合制备，通过所述方法可以快速制备网状聚酰亚胺膜用于高温条件下氢气和其他小气体分子的分离，可制得氢气渗透选择性好、耐高温的网状聚酰亚胺气体分离膜。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案如下：
一种网状聚酰亚胺气体分离膜；网状聚酰亚胺膜具有亚胺环、未反应的氨基，网状的聚酰亚胺的结构堆叠致密，在300℃对H2的渗透速率达到了120GPU，H2/CO2的选择性达到了6.7。
在FT-IR光谱中，1665cm-1～1705cm-1为聚酰亚胺中C＝O sym和C＝O asym键，并且在1358cm-1出现C-N-C键，形成了聚酰亚胺环，FT-IR光谱在3458～3439cm-1，表明存在未反应的-NH2。固体13C CP/MAS NMR核磁在159～162ppm处的羰基碳证实了聚酰亚胺环的形成。三嗪单元中167～168ppm的碳信号证明了聚酰亚胺中存在未反应的-NH2。
本发明的一种网状聚酰亚胺气体分离膜的制备方法，包括如下步骤：
1)将二酐单体分散在有机溶剂中，胺单体分散在水中形成均一、无色透明的溶液；
2)将多孔无机载体浸泡在胺单体溶液中，拿出后，吹干表面多余的溶液；
3)将步骤2)胺单体溶液浸泡得到的无机载体置于二酐单体溶液中反应，无机载体表面形成聚酰亚胺酸膜；
4)将步骤3)得到的聚酰亚胺酸膜，在高温下热处理脱水闭环形成聚酰亚胺膜。
所述的二酐单体包括4,4’-(六氟异亚丙基)二苯酐、均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-联苯四甲酸酐、4，4′-氧化邻苯二甲酸酐、4，4′-(4,4′-异丙叉二苯氧基)双-(邻苯二甲酸酐)中的一种或多种；所配置溶液的二酐单体浓度为0.1～5wt％。
所述的胺单体为三聚氰胺、1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯或者氯化铵盐功能化八氨基笼状倍半硅氧烷单体；所配置溶液的胺单体浓度为0.1～10wt％。
所述的有机溶剂包括苯、甲苯、均三甲苯、环己烷或正己烷中的一种或几种。
所述的多孔无机载体为γ-Al2O3、α-Al2O3、SiO2或TiO2,不锈钢；无机载体的平均孔径尺寸约为2～10nm，在使用前使用甲醇浸泡处理多孔无机载体孔内吸附的杂质。
所述的无机载体在0.01～1bar绝压条件下，在胺单体溶液中浸泡0.1～10h，用空气压枪将载体表面多余的溶液吹干或者自然晾干。
所述的将胺单体溶液浸泡过后的无机载体置于二酐单体溶液中，在15～60℃温度下反应0.5～6h后，在无机载体表面形成聚酰胺酸薄膜。
所述的用于聚酰胺酸脱水闭环形成网状聚酰亚胺膜的温度为250～400℃，热处理时间为2～12h。
随后评估所得到的网状聚酰亚胺膜在300℃下的H2/CO2分离性能。
一种基于界面聚合法制备网状聚酰亚胺气体分离膜，可应用于H2/CO2混合气体的分离。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
首先将二酐单体分散在有机溶剂中，胺单体分散在水中，然后通过界面聚合过程在油水两相界面出形成网状聚酰胺酸膜，随后高温脱水闭环形成网状聚酰亚胺膜，制备得到的网状聚酰亚胺，在300℃对H2的渗透速率达到了120GPU，H2/CO2的选择性达到了6.7。
本发明的优势在于：界面聚合制备网状聚酰亚胺膜具有制备简单，反应速率快，易于规模化制膜。制备得到的网状聚酰亚胺具有更致密的链段堆积，对氢气和其他气体小分子具有优异的渗透选择性。此外，所制备的网状聚酰亚胺膜具有亚胺环、未反应的氨基，网状的聚酰亚胺分子间堆叠致密等结构特点，网状聚酰亚胺膜在300℃可以实现H2/CO2的有效分离。所述制备聚酰亚胺膜方法简单易行，易于规模化制备，制得的聚酰亚胺膜耐温性能好、气体分离性能优异，可应用于H2/CO2混合气体的分离。
附图说明
图1为本发明热处理之前的PMDA-MA聚酰胺酸膜表面SEM图。
图2为本发明热处理闭环之后的PMDA-MA聚酰亚胺膜表面SEM图。
图3为本发明热处理闭环之后的PMDA-MA聚酰亚胺膜断面SEM图。
图4为本发明热处理闭环之后的PMDA-MA聚酰亚胺的FT-IR图。
图5.PMDA-MA聚酰胺酸和PMDA-MA聚酰亚胺的固体13C CP-MASNMR核磁图
图6界面聚合制备得到的聚酰亚胺膜的气体分离性能。
具体实施方式
下面结合具体步骤和附图对本发明做进一步的详细说明：
一种网状聚酰亚胺气体分离膜及其界面聚合制备方法，工艺步骤包括：
1)制备0.1～5wt％的二酐单体分散在有机溶剂中，0.1～10wt％的胺单体分散在水中形成均一、无色透明的溶液；
2)将预先处理过的多孔γ-Al2O3载体在0.01～0.2bar绝压条件下浸泡在胺单体溶液中0.1～1h后拿出，吹干表面多余的溶液；
3)将步骤2)胺单体溶液浸泡得到的γ-Al2O3载体置于二酐单体溶液中，在15～60℃温度下反应0.5～6h后，γ-Al2O3载体表面形成网状聚酰亚胺酸膜；
4)将步骤3)得到的网状聚酰亚胺酸膜，在250～400℃，热处理2～12h脱水闭环形成网状聚酰亚胺膜；所制备的网状聚酰亚胺膜具有亚胺环、未反应的氨基，网状的聚酰亚胺分子间堆叠致密结构等特点；网状聚酰亚胺膜在300℃可以实现H2/CO2的有效分离。
所述步骤1)中所用的二酐单体包括4,4’-(六氟异亚丙基)二苯酐(6FDA)、均苯四甲酸二酐(PMDA)、3,3',4,4'-联苯四甲酸(BPDA)、4，4′-氧化邻苯二甲酸酐(ODPA)、4，4′-(4,4′-异丙基二苯氧基)双-(邻苯二甲酸酐)(BPADA)中的一种或多种，所述步骤第一步中所用的胺单体为三聚氰胺(MA)，1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯(BAP)，氯化铵盐功能化八氨基笼状倍半硅氧烷(POSS)。所配置溶液的二酐单体浓度为0.1～0.5wt％，所配置溶液的胺单体浓度为0.1～1wt％。
所述步骤1)中所用的有机溶剂包括苯，甲苯，均三甲苯，环己烷，正己烷一种或多种。进一步的，所述步骤3)中多孔无机载体为γ-Al2O3，α-Al2O3，SiO2，TiO2,不锈钢等，所使用无机载体的平均孔径尺寸约为2-10nm，在使用前使用甲醇浸泡处理多孔无机载体孔内吸附的杂质。
所述步骤2)中无机载体载体在0.01～0.2bar绝压条件下，在胺单体溶液中浸泡0.1～1h，用空气压枪将载体表面多余的溶液吹干。
所述步骤3)胺单体溶液浸泡过后的无机载体置于二酐单体溶液中，在15～60℃温度下反应0.5～6h后，在无机载体表面形成网状聚酰胺酸薄膜。
所述步骤4)中用于网状聚酰胺酸脱水闭环形成聚酰亚胺膜的温度为250～400℃，热处理时间为2～12h。
所述步骤4)中界面聚合所制备的网状聚酰亚胺膜具有亚胺环、未反应的氨基(图4)，在300℃对H2的渗透速率达到了120GPU，H2/CO2的选择性达到了6.7。实施例1
1)将0.02g的均苯四甲酸二酐(PMDA)单体分散在10g甲苯中，0.05g的三聚氰胺(MA)单体分散在10g水中形成均一、无色透明的溶液；
2)将平均孔径尺寸约为5nm多孔γ-Al2O3载体在使用前使用甲醇浸泡处理24h后，在0.2bar绝压条件下浸泡在三聚氰胺单体溶液中0.2h后拿出，吹干表面多余的溶液；
3)将经过三聚氰胺单体溶液浸泡处理后的γ-Al2O3载体置于均苯四甲酸二酐的甲苯溶液中，在25℃温度下反应0.8h后，将γ-Al2O3载体从均苯四甲酸二酐的甲苯溶液中拿出，此时在γ-Al2O3载体表面形成一层无色的聚酰亚胺酸膜；
4)为了得到网状的PMDA-MA聚酰亚胺膜，将表面附着聚酰胺酸膜的γ-Al2O3载体在300℃，热处理2h脱水闭环形成网状聚酰亚胺膜。
通过对所制备的PMDA-MA聚酰胺酸膜的表面SEM表征可以看到在γ-Al2O3形成了连续、无缺陷的PMDA-MA聚酰胺酸膜(图1)。通过对所制备的PMDA-MA聚酰亚胺膜的表面SEM表征可以看到在γ-Al2O3上形成了连续、无缺陷的PMDA-MA聚酰亚胺膜(图2)。通过对所制备的PMDA-MA聚酰亚胺膜的断面SEM表征可以看到在γ-Al2O3上形成了厚度约为1.5μm的PMDA-MA聚酰亚胺膜(图3)。通过FT-IR分析可以看到在1665cm-1和1705cm-1出现了PDMA-MA聚酰亚胺中C＝O sym和C＝O asym键，并且在1358cm-1出现C-N-C键，形成了聚酰亚胺环。此外，PMDA-MA聚酰亚胺的FT-IR表现出明显存在未反应的-NH2(峰在3458和3439cm-1)(图4)。固体13CCP/MAS NMR核磁也证明了PMDA和MA构件之间的成功缩合(图5)。159.1ppm(峰a)、161.4ppm(峰b)处的羰基碳峰证实了PMDA-MA聚酰亚胺酸的形成。热处理后峰b消失，表明形成了PMDA-MA聚酰亚胺，峰a移至157.8ppm。峰c和d是芳香碳信号。峰f是来自三嗪单元的碳信号。此外，来自三嗪单元的167至168ppm(峰g)的碳信号进一步证明了PMDA-MA聚酰胺酸和PMDA-MA聚酰亚胺中存在未反应的-NH2(图5)。
随后评估所得到的聚酰亚胺膜在不同温度下的气体分离性能。测试其在0.1MPa及300℃下H2、N2和CO2三种纯气体的渗透性能。得到的PMDA-MA膜的在不同温度下的分离性能如图6所示(气体渗透速率：PH2＝90GPU,PCO2＝11GPU,气体渗透选择性αH2/CO2＝8.2)，表明我们的得到的PMDA-MA网状聚酰亚胺在高温下具有一定的氢气纯化能力。与传统的线性聚酰亚胺的气体分离性能相比，由于网状聚酰亚胺的堆叠方式更为致密，对氢气等小分子气体分离具有更强的筛分能力，可以有效的提高膜对氢气的渗透选择性，可用于水气变换得到的氢气纯化。
实施例2
1)将0.05g的4,4’-(六氟异亚丙基)二苯酐(6FDA)单体分散在10g甲苯中，0.1g的氯化铵盐功能化八氨基笼状倍半硅氧烷(POSS)单体分散在10g水中形成均一、无色透明的溶液。
2)将平均孔径尺寸约为5nm多孔α-Al2O3载体在使用前使用甲醇浸泡处理24h后，在0.01bar绝压条件下浸泡在氯化铵盐功能化八氨基笼状倍半硅氧烷(POSS)单体溶液中1h后拿出，吹干表面多余的溶液。
3)将经过三聚氰胺单体溶液浸泡处理后的α-Al2O3载体置于4,4’-(六氟异亚丙基)二苯酐的甲苯溶液中，在15℃温度下反应0.5h后，将α-Al2O3载体从4,4’-(六氟异亚丙基)二苯酐的甲苯溶液中拿出，此时在α-Al2O3载体表面形成一层无色的聚酰亚胺酸膜。
4)为了得到网状的聚酰亚胺膜，将表面附着聚酰胺酸膜的α-Al2O3载体在400℃，热处理6h脱水闭环形成网状聚酰亚胺膜。
评估所得到的聚酰亚胺膜在不同温度下的气体分离性能。测试其在0.1MPa及300℃下H2/CO2混合气体的渗透性能。得到的6FDA-POSS膜的在不同温度下的分离性能如图6所示(气体渗透速率：PH2＝121GPU,PCO2＝18GPU,气体渗透选择性αH2/CO2＝6.7)，表明我们的得到的6FDA-POSS网状聚酰亚胺在高温下具有一定的氢气纯化能力。与传统的线性聚酰亚胺的气体分离性能相比，由于网状聚酰亚胺的堆叠方式更为致密，对氢气等小分子气体分离具有更强的筛分能力，可以有效的提高膜对氢气的渗透性能，可用于水气变换得到的氢气纯化。
实施例3
1)将0.02g的3,3',4,4'-联苯四甲酸酐(BPDA)单体分散在10g环己烷中，0.05g的三聚氰胺(MA)单体分散在10g水中形成均一、无色透明的溶液。
2)将平均孔径尺寸约为5nm多孔SiO2载体在使用前使用甲醇浸泡处理24h后，在0.1bar绝压条件下浸泡在三聚氰胺单体溶液中0.5h后拿出，用高压气枪吹干表面多余的溶液。
3)将经过三聚氰胺单体溶液浸泡处理后的SiO2载体置于3,3',4,4'-联苯四甲酸酐的对环己烷溶液中，在25℃温度下反应1h后，将SiO2载体从3,3',4,4'-联苯四甲酸酐的环己烷溶液中拿出，此时在SiO2载体表面形成一层无色的网状聚酰亚胺酸膜。
4)为了得到网状的聚酰亚胺膜，将表面附着聚酰胺酸膜的SiO2载体在250℃，热处理12h脱水闭环形成网状聚酰亚胺膜。
评估所得到的聚酰亚胺膜在不同温度下的气体分离性能。测试其在0.1MPa及300℃下H2/CO2混合气体的渗透性能。得到的BPDA-MA膜的在不同温度下的分离性能如图6所示(气体渗透速率：PH2＝106GPU,PCO2＝16GPU,气体渗透选择性αH2/CO2＝6.6)，表明我们的得到的BPDA-MA网状聚酰亚胺在高温下具有一定的氢气纯化能力。这是由于得到的网状聚酰亚胺的堆叠方式更为致密，对氢气等小分子气体分离具有更强的筛分能力，可以有效的提高膜对氢气渗透能力，可用于水气变换得到的氢气纯化。
实施例4
1)将0.03g的4,4′-氧化邻苯二甲酸酐(ODPA)单体分散在10g均三甲苯中，0.04g的1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯(BAP)单体分散在10g水中形成均一、无色透明的溶液。
2)将平均孔径尺寸约为5nm多孔TiO2载体在使用前使用甲醇浸泡处理24h后，在0.2bar绝压条件下浸泡在三聚氰胺单体溶液中0.2h后拿出，吹干表面多余的溶液。
3)将经过三聚氰胺单体溶液浸泡处理后的TiO2载体置于4,4′-氧化邻苯二甲酸酐的均三甲苯溶液中，在15℃温度下反应6h后，将TiO2载体从4,4′-氧化邻苯二甲酸酐的均三甲苯溶液中拿出，此时在TiO2载体表面形成一层无色的聚酰亚胺酸膜。
4)为了得到网状的聚酰亚胺膜，将表面附着聚酰胺酸膜的TiO2载体在300℃，热处理6h脱水闭环形成网状聚酰亚胺膜。
评估所得到的聚酰亚胺膜在不同温度下的气体分离性能。测试其在0.1MPa及300℃下H2/CO2混合气体的渗透性能。将制备得到的ODPA-BAP膜在不同温度下的分离性能如图6所示(气体渗透速率：PH2＝138GPU,PCO2＝32GPU,气体渗透选择性αH2/CO2＝4.3)，表明制备得到的ODPA-BAP网状聚酰亚胺在高温下可以有效的实现氢气的纯化。与传统的线性聚酰亚胺的气体分离性能相比，由于网状聚酰亚胺的堆叠方式更为致密，对氢气等小分子气体分离具有更强的筛分能力，可以有效的实现膜对氢气的纯化，可用于水气变换得到的氢气纯化。
实施例5
1)将0.02g的4,4′-(4,4′-异丙基二苯氧基)双-(邻苯二甲酸酐)(BPADA)单体分散在5g甲苯和5g正己烷中，0.02g的三聚氰胺(MA)单体分散在10g水中形成均一、无色透明的溶液。
2)将平均孔径尺寸约为5nm多孔不锈钢载体在使用前使用甲醇浸泡处理24h后，在0.2bar绝压条件下浸泡在三聚氰胺单体溶液中0.2h后拿出，静置，直至表面多余的溶液完全干去。
3)将经过三聚氰胺单体溶液浸泡处理后的不锈钢体置于4,4′-(4,4′-异丙基二苯氧基)双-(邻苯二甲酸酐)的甲苯和正己烷溶液中，在40℃温度下反应4h后，将不锈钢载体从4,4′-(4,4′-异丙基二苯氧基)双-(邻苯二甲酸酐)的甲苯和正己烷溶液中拿出，此时在不锈钢载体表面形成一层无色的聚酰亚胺酸膜。
4)为了得到网状的聚酰亚胺膜，将表面附着聚酰胺酸膜的不锈钢载体在350℃，热处理8h脱水闭环制备得到网状聚酰亚胺膜。
评估所得到的聚酰亚胺膜在不同温度下的气体分离性能。测试其在0.1MPa及300℃下H2/CO2混合气体的渗透性能。得到的BPADA-MA膜的在不同温度下的分离性能如图6所示(气体渗透速率：PH2＝116GPU,PCO2＝24GPU,气体渗透选择性αH2/CO2＝4.8)，表明我们的得到的BPADA-MA网状聚酰亚胺在高温下具有一定的氢气纯化能力。与传统的线性聚酰亚胺的气体分离性能相比，由于网状聚酰亚胺的堆叠方式更为致密，对氢气等小分子气体分离具有更强的筛分能力，可以有效的提高膜对氢气的渗透性能，可用于水气变换得到的氢气纯化。
实施例6
1)将0.01g的4,4’-(六氟异亚丙基)二苯酐(6FDA)和0.01g均苯四甲酸二酐(PMDA)单体分散在10g甲苯中，0.06g的三聚氰胺(MA)单体分散在10g水中形成均一、无色透明的溶液。
2)将平均孔径尺寸约为5nm多孔γ-Al2O3载体在使用前使用甲醇浸泡处理24h后，在0.2bar绝压条件下浸泡在三聚氰胺单体溶液中0.2h后拿出，吹干表面多余的溶液。
3)将经过三聚氰胺单体溶液浸泡处理后的γ-Al2O3载体置于4,4’-(六氟异亚丙基)二苯酐和均苯四甲酸二酐的甲苯溶液中，在60℃温度下反应1h后，将γ-Al2O3载体从4,4’-(六氟异亚丙基)二苯酐和均苯四甲酸二酐的甲苯溶液中拿出，此时在γ-Al2O3载体表面形成一层无色的聚酰亚胺酸膜。
4)为了得到网状的聚酰亚胺膜，将表面附着聚酰胺酸膜的γ-Al2O3载体在300℃，热处理12h脱水闭环形成网状聚酰亚胺膜。
评估所得到的聚酰亚胺膜在不同温度下的气体分离性能。测试其在0.1MPa及300℃下H2/CO2混合气体的渗透性能。得到的6FDA-PDMA-MA膜的在不同温度下的分离性能如图6所示(气体渗透速率：PH2＝136GPU,PCO2＝28GPU,气体渗透选择性αH2/CO2＝4.9)，表明我们的得到的6FDA-PDMA-MA网状聚酰亚胺在高温下具有一定的氢气纯化能力。与传统的线性聚酰亚胺的气体分离性能相比，由于网状聚酰亚胺的堆叠方式更为致密，对氢气等小分子气体分离具有更强的筛分能力，得到有效的氢气纯化膜，可用于水气变换得到的氢气纯化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的要求之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种网状聚酰亚胺气体分离膜；其特征是，网状聚酰亚胺膜具有亚胺环、未反应的氨基，网状的聚酰亚胺的结构堆叠致密；在300℃对H2的渗透速率达到了120GPU，H2/CO2的选择性达到了6.7；在FT-IR光谱中，1665cm-1～1705cm-1为聚酰亚胺中C＝O sym和C＝O asym键，并且在1358cm-1出现C-N-C键，形成了聚酰亚胺环，FT-IR光谱在3458～3439cm-1，表明存在未反应的-NH2；固体13C CP/MAS NMR核磁在159～162ppm处的羰基碳证实了聚酰亚胺环的形成；三嗪单元中167～168ppm的碳信号证明了聚酰亚胺中存在未反应的-NH2。
2.权利要求1的一种网状聚酰亚胺气体分离膜的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
1)将二酐单体分散在有机溶剂中，胺单体分散在水中形成无色透明的溶液；
2)将多孔无机载体浸泡在胺单体溶液中，拿出后，吹干表面多余的溶液；
3)将步骤2)胺单体溶液浸泡得到的无机载体置于二酐单体溶液中反应，无机载体表面形成聚酰亚胺酸膜；
4)将步骤3)得到的聚酰亚胺酸膜，在高温下热处理脱水闭环形成聚酰亚胺膜；
二酐单体包括4,4’-(六氟异亚丙基)二苯酐、均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-联苯四甲酸酐、4，4′-氧化邻苯二甲酸酐、4，4′-(4,4′-异丙叉二苯氧基)双-(邻苯二甲酸酐)中的一种或多种；所配置二酐单体有机溶剂的二酐单体浓度为0.1～5wt％；
胺单体为三聚氰胺、1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯或者氯化铵盐功能化八氨基笼状倍半硅氧烷单体；所配置溶液的胺单体浓度为0.1～10wt％。
3.如权利要求2所述的方法，其特征是，有机溶剂包括苯、甲苯、均三甲苯、环己烷或正己烷中的一种或几种；多孔无机载体为γ-Al2O3、α-Al2O3、SiO2、TiO2或不锈钢；无机载体的平均孔径尺寸约为2～10nm，在使用前使用甲醇浸泡处理多孔无机载体孔内吸附的杂质。
4.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述步骤2)中无机载体在0.01～1bar绝压条件下，在胺单体溶液中浸泡0.1～10h，用空气压枪将载体表面多余的溶液吹干或者自然晾干。
5.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述步骤3)中将胺单体溶液浸泡过后的无机载体置于二酐单体溶液中，在15～60℃温度下反应0.5～6h后，在无机载体表面形成聚酰胺酸薄膜。
6.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述步骤4)中在250～400℃，热处理时间为2～12h，热处理脱水闭环形成聚酰亚胺膜。
7.权利要求1所述的一种网状聚酰亚胺气体分离膜应用于水气变换产物中H2/CO2混合气体的分离。
CN202210972582.4A 2022-08-15 2022-08-15 一种网状聚酰亚胺气体分离膜及其界面聚合制备方法及应用 Active CN115400614B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210972582.4A CN115400614B (zh) 2022-08-15 2022-08-15 一种网状聚酰亚胺气体分离膜及其界面聚合制备方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210972582.4A CN115400614B (zh) 2022-08-15 2022-08-15 一种网状聚酰亚胺气体分离膜及其界面聚合制备方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115400614A CN115400614A (zh) 2022-11-29
CN115400614B true CN115400614B (zh) 2023-10-03

Family

ID=84160170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210972582.4A Active CN115400614B (zh) 2022-08-15 2022-08-15 一种网状聚酰亚胺气体分离膜及其界面聚合制备方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115400614B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102580584A (zh) * 2012-03-07 2012-07-18 哈尔滨工业大学 一种气体分离膜及其制备方法
CN110314562A (zh) * 2019-07-01 2019-10-11 中国石油大学(华东) 树状支化分子改性分离膜及其制备方法、复合分离膜及应用
CN111019133A (zh) * 2019-12-31 2020-04-17 山东华夏神舟新材料有限公司 气体分离膜用聚酰亚胺树脂及其制法、采用其制备聚酰亚胺气体分离膜的方法
CN112159525A (zh) * 2020-09-30 2021-01-01 天津理工大学 一种微孔网络型聚酰亚胺树脂及其制备方法和气体分离中的用途
CN114377561A (zh) * 2021-12-30 2022-04-22 天津众泰材料科技有限公司 一种高效分离co2/ch4的混合基质膜及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102580584A (zh) * 2012-03-07 2012-07-18 哈尔滨工业大学 一种气体分离膜及其制备方法
CN110314562A (zh) * 2019-07-01 2019-10-11 中国石油大学(华东) 树状支化分子改性分离膜及其制备方法、复合分离膜及应用
CN111019133A (zh) * 2019-12-31 2020-04-17 山东华夏神舟新材料有限公司 气体分离膜用聚酰亚胺树脂及其制法、采用其制备聚酰亚胺气体分离膜的方法
CN112159525A (zh) * 2020-09-30 2021-01-01 天津理工大学 一种微孔网络型聚酰亚胺树脂及其制备方法和气体分离中的用途
CN114377561A (zh) * 2021-12-30 2022-04-22 天津众泰材料科技有限公司 一种高效分离co2/ch4的混合基质膜及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115400614A (zh) 2022-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Mechanically robust thermally rearranged (TR) polymer membranes with spirobisindane for gas separation
Yong et al. Highly permeable chemically modified PIM-1/Matrimid membranes for green hydrogen purification
US9700849B2 (en) Gas separation membrane, gas separation module, gas separation apparatus, and gas separation method
Ma et al. Pristine and thermally-rearranged gas separation membranes from novel o-hydroxyl-functionalized spirobifluorene-based polyimides
CN104829853B (zh) 一种聚酰亚胺气体分离膜及其制备方法与应用
US20140047976A1 (en) Cardo-Polybenzoxazole Polymer/Copolymer Membranes For Improved Permeability And Method For Fabricating The Same
CN111218000A (zh) 一种新型网络型聚酰亚胺树脂及其制备方法及该树脂薄膜的用途
WO2011129769A1 (en) Polyimide membranes and their preparation
CN113996193A (zh) 一种共聚酰亚胺膜、制备方法以及其在提纯氦气中的应用
Zhang et al. Enhanced gas separation and mechanical properties of fluorene-based thermal rearrangement copolymers
Wu et al. Preparation and characterization of highly hydrophobic fluorinated polyimide aerogels cross-linked with 2, 2′, 7, 7′-Tetraamino-9, 9′-spirobifluorene
CN115400614B (zh) 一种网状聚酰亚胺气体分离膜及其界面聚合制备方法及应用
KR101531607B1 (ko) 폴리이미드계 고분자 화합물 및 이를 포함하는 기체 분리용 비대칭 중공사막
KR102152278B1 (ko) Bcda 기반의 부분-지환족 폴리이미드 기체분리막 소재 및 이의 제조방법
Liu et al. Tuning the fraction free volume of hyperbranched 6FDA/TAPA polyimide membrane via DAM for enhanced gas separation performance
KR101389543B1 (ko) 다공성 폴리벤즈이미다졸의 제조방법
CN113881094A (zh) 一种以2,5-呋喃二甲酸为原料的生物基聚酰亚胺气凝胶及其制备方法
CN113244788A (zh) 一种聚酰亚胺气体分离膜材料的合成方法及其应用
CA2930848A1 (en) Membranes for flue gas separation comprising crosslinked, thermally rearranged poly(benzoxazole-co-imide) and preparation method thereof
JP2019151674A (ja) ポリイミド、ポリイミドの製造方法、分離膜、分離膜の製造方法およびガス分離方法
CN115746299B (zh) 一种交联膜、碳分子筛膜和制备方法及应用
WO2017145905A1 (ja) ポリイミド化合物、ガス分離膜、ガス分離モジュール、ガス分離装置、及びガス分離方法
CN118437170B (zh) 一种用于二氧化碳分离的超支化聚酰亚胺分离膜的制备方法
KR20150056331A (ko) 배연가스 분리용 가교구조를 갖는 열전환 폴리(벤즈옥사졸-이미드) 막의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 배연가스 분리용 막
Soto Guzmán et al. Gas separation by mixed matrix membranes with porous organic polymer Inclusions within o-hydroxypolyamides containing m-terphenyl moieties

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