[发明专利]一种氧化石墨烯/Pebax中空纤维膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜制备技术领域，主要涉及一种氧化石墨烯/Pebax中空纤维膜及其制备方法。

背景技术

随着全球工业化程度的进一步提高，在21世纪能源需求将进一步加大。有报道称目前有超过80%的能源消耗来自化石能源，然而化石燃料的燃烧不可避免的会带来一些全球性的难题，其中最为人关注的即为CO₂气体排放问题。

当前控制和减少CO₂排放的技术有三种：一是采取化石能源的替代技术；二是提高能效实现削减CO₂排放；三是CO₂的捕集与封存技术。从短期来看，CO₂捕集与封存是实现经济开发与环境保护双赢最有效的办法。

膜分离技术作为一种新型分离技术，具有设备体积小、固定投资少、环境友好和操作简单等优点，在CO₂捕集领域应用潜力巨大。氧化石墨烯具有高纵横比、易于功能化、好的机械、热稳定性等特性，因此目前广泛的将其作为纳米填充物用于膜制备研究。近年来，通过对氧化石墨烯（GO）的进一步研究及应用，它已在气体分离膜领域显示了广阔的应用前景。例如，Science（2013，342：91-95）利用两种不同的涂敷方法直接将GO溶液涂敷在PES（聚醚砜）支撑膜上用于CO₂/N₂分离研究。JournalofMaterialChemistryA（2015，3：6629-6641）也公开了一种先在GO片层上修饰一层多巴胺（DA），然后利用半胱氨酸（Cys）进一步修饰，最后将制得的材料与磺化聚醚醚酮（SPEEK）共混制膜，结果表明：相比于无填充的磺化聚醚醚酮膜，CO₂的渗透通量及CO₂/N₂被进一步提高，超越了Robeson上限（2008）。

此外，Pebax（嵌段聚醚酰胺树脂）由于自身高含量的亲水性基团在气体分离膜领域也备受关注，而且Pebax与GO的结合研究已经取得较大突破。ACSAppliedMaterials&Interfaces（2015，7：5528-5537）记载了一种在GO片层上依次修饰PEI（聚乙烯亚胺）、PEG（聚乙烯醇），最后制得Pebax-PEI-PEG-GO多选择性渗透混合基质膜，同时增强了溶解选择性、扩散选择性和反应选择性。Angew.Chem.（2015,127:588-592）利用GO片层与Pebax链间的氢键作用结合，结果显示CO₂渗透通量高达100Barrer，CO₂/N₂分离因子为91，取得了较好的分离效果。

综上所述，就GO在气体分离领域研究、应用而言，目前尚处于实验室探索阶段，主要集中在平板膜的范畴，但是平板膜面临着气体通量低、重复性差等难题，不利用实际工业放大。GO在气体分离领域应用于中空纤维膜的研究尚无报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种氧化石墨烯/Pebax中空纤维膜及其制备方法，所述中空纤维膜用于二氧化碳分离时，在保证不降低CO₂/N₂混合气分离因子的前提下，能进一步提高气体的渗透通量。

本发明采用的技术方案如下：

一种氧化石墨烯/Pebax中空纤维膜，通过下法制得：先将底膜进行预处理至其底膜微孔中充满水，然后依次在底膜上涂覆过渡层、分离层，即得所述氧化石墨烯/Pebax中空纤维膜，所述底膜为中空纤维膜。

所述的底膜进行预处理是将底膜浸泡在去离子水中12-24h。

其中，在底膜上涂覆过渡层时采用的铸膜液为聚三甲基硅-1-丙炔（PTMSP）溶于正己烷或聚二甲基硅氧烷（PDMS）溶于正庚烷的浓度为1-3wt%的铸膜液A。

在过渡层上涂覆分离层时，采用的铸膜液B为氧化石墨烯和嵌段聚醚酰胺树脂溶于乙醇/水的溶液，其中，氧化石墨烯的质量浓度为0-0.2wt%且不为0，嵌段聚醚酰胺树脂的质量浓度为1-3wt%。

乙醇/水溶液中乙醇和水的质量比优选为7：3。

优选的，铸膜液B中，氧化石墨烯的浓度为0.1wt%。

制备铸膜液B时，先将氧化石墨烯粉末置于乙醇/水混合液中，超声分散均匀后再将嵌段聚醚酰胺树脂Pebax-1657加入前述混合液中，在70-80^oC下加热，充分搅拌，回流2-4h，脱泡后得到铸膜液B。

涂覆时，采用dip-coating法依次在底膜上涂覆过渡层、分离层。