[发明专利]N－乙基苯胺/苯胺共聚物膜在空气分离中的应用

说明书

技术领域

本发明属于聚合物膜空气分离技术领域，具体涉及一种易于溶液加工的N-乙基苯胺、苯胺共聚物膜在空气分离中的应用。

背景技术

传统的空气分离方法主要有低温冷冻精馏分离法和变压吸附法，近年来又发展了膜法空气分离，尽管该法在产品纯度和产气量上还不如传统的空气分离法，但其节能、快捷、安全便利等优势使其在空气分离领域占据一席之地，由其生产的富氧空气和富氮空气可望应用于各种需要高浓度氧和高浓度氮的领域，在鱼虾养殖业、钢铁冶炼业、锅炉燃烧、医疗保健、食品保鲜、石油开采等领域具有极大的推广潜力。

膜法分离技术的关键在于膜材料本身，寻求具有高选择分离系数和高透过系数的富氧膜材料一直以来都是研究者孜孜以求的目标，已成为膜法分离技术中最具挑战性的课题。已见报道的空气分离膜材料主要有聚合物膜、载体促进输送膜、分子筛膜、离子输送膜和有机无机共混膜(黄美荣，李新贵，董志清，大规模膜法空气分离技术应用进展，现代化工，2002，22(9)：10-15)，其中聚合物膜在制备、储存上的优势已成为人们竞相研究开发的首要对象。目前所使用的聚合物材料主要涉及到聚酰亚胺、聚吡咙、纤维素衍生物、聚硅氧烷、聚砜等。近年来研究表明，具有共轭大π键结构的导电聚合物聚苯胺也具有优异的气体分离性能(Anderson M R，Mattes B R，Reiss H，Kaner R B.Science，1991，252：1412)。聚苯胺膜对多种气体都具有较好的分离性能，如对于H₂/N₂，O₂/N₂和CO₂/CH₄的气体对的选择系数分别为3590，30和336，可见，聚苯胺膜对氧氮气体的选择分离性极端高。尽管不同研究小组对聚苯胺膜的选择系数报道有差异(Illing G，Hellgardt K，Wakeman R J，Jungbauer A.J Membr Sci，2001，184：69)，但研究者对聚苯胺膜的极高的氧氮分离性能是公认的。如Lee等(Lee Y M，Ha S Y，Lee Y K，Suh D H，Hong S Y.India Eng Chem Rev，1999，38：1917)采用特殊的粘结复合技术制得了聚苯胺/尼龙复合膜，其氧氮分离系数为28；Kuwabata等(Kuwabata S，Martin C R.J Membr Sci，1994，91：1)利用溶液浇铸法制得了聚苯胺/微孔氧化铝复合膜的氧氮分离系数也高达15。唯有遗憾的是聚苯胺在成膜加工时由于本身溶解性能差而难以获得无针孔缺陷的均质致密膜。

上述所有这些有关聚苯胺膜的报道均未应用于空气的直接分离。他们都是采用纯气体法进行研究，如将纯氧气和纯氮气在一定温度下分别透过聚苯胺膜，测出它们的透过系数之后，再计算出理论氧氮分离系数。该法对渗透池温度的恒定性具有极高的要求，稍有波动即可引起极大的误差。这也许是各个研究小组所报道的有关聚苯胺的氧氮分离系数存在差异的原因之一。另一方面，考虑到实际空气中混和气体间的相互作用以及浓差极化等因素，由所计算的理论氧氮分离系数来推测实际操作中透过气体的氧浓度也会出现较大差距。故此，我们研究小组提出了一种富氧分离膜性能评价的新方法(富氧膜分离性能测试方法，专利号：ZL 03114757.7)，在自行研制的富氧膜分离性能测试装置上(富氧膜分离性能测试装置，专利号：ZL03228004.1)，采用恒压变容法来表征分离膜的实际空气分离性能。该法仪器成本低廉，测试条件宽松，操作简便。

本课题组利用共聚改性手段，将N-乙基苯胺与苯胺进行化学氧化共聚，获得了溶解性好、易于大面积成膜的N-乙基苯胺/苯胺共聚物(黄美荣，桂运能，李新贵，导电苯胺共聚物自支撑膜及其制备方法，200710037532.2)，该共聚物显示出了优于聚苯胺的防腐性能(黄美荣，桂运能，李新贵邵洪涛，含苯胺共聚物的防腐涂料及其制备方法和应用，200710036599.4)。这种共聚苯胺由于分子链中引入了乙基取代基而使其自由体积加大，进而其气体透过性有望得以提升。本发明将共聚改性后的N-乙基苯胺/苯胺共聚物膜用于空气分离，在自行研制的富氧膜分离性能测试装置上，采用恒压变容法实现空气的直接分离。

发明内容

本发明的目的就是提供一种易于溶液成型加工的N-乙基苯胺与苯胺共聚物膜在空气分离中的应用。