[发明专利]一种可净化空气中雾霾的微孔炭-金属复合膜制备方法

说明书

本发明公开了一种可净化空气中雾霾的微孔炭‑金属复合膜制备方法，该金属复合膜前驱体分子结构为具有规则孔道结构特征的聚酰亚胺聚合物。本发明涉及的微孔炭‑金属复合膜，生产过程绿色环保，具有耐高温、抗微生物、耐酸碱腐蚀及丰富的超细微孔结构等特性，对脱除空气中的PM2.5具有独特优势。本发明通过分子设计，合成具有高自由体积和呈现规则孔道结构特征的聚合物作为炭膜前驱体，在微观层面上对炭膜精细微孔结构和尺度进行构筑和调控，并有针对性地将具有催化降解氮氧化物的铂、铑、钯等金属负载到炭膜微孔表面，制备出具有高度净化分离PM2.5功能的综合性能优异，具有广阔应用前景的新型微孔炭‑金属复合膜，这种微孔炭‑金属复合膜。

技术领域:

本发明涉及一种炭膜的制备方法，特别涉及一种可净化空气中雾霾的微孔炭-金属复合膜制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术：

随着经济的发展和城市化进程的加快，我国城市雾霾天气日趋严重。有报告显示，中国最大的 500个城市中，只有不到 1%的城市达到世界卫生组织推荐的空气质量标准，与此同时，世界上污染最严重的 10个城市有 7个在中国。雾霾作为一种大气污染状态，是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述。医学专家认为，悬浮颗粒物粒径的大小决定着雾霾对人体的危害程度。粒径在 10nm 以上的颗粒物，通常会被挡在呼吸道外面；粒径介于 2.5-10nm 的颗粒物，能够进入上呼吸道，但可通过痰液排出体外，对人体伤害较小；而粒径在 2.5 nm 以下的超细小颗粒（Particulate Matter，简称 PM2.5），体积小，重量轻，在大气中的悬浮时间长，输送距离远，是导致雾霾频发的“罪魁祸首”。PM2.5 还是大气中有害物质的载体，被吸入人体后能直接进入支气管和肺泡，引起肺部和心血管疾病，因此被称为可入肺颗粒物，对人体健康和空气质量的危害极大。

目前，对 PM2.5 的处理还没有很好的方法，已报道的处理方法有水吸附法、植物吸收法及过滤法等。水吸附法只能吸收亲水性 PM2.5，对憎水 PM2.5 不能有效去除；植物吸收法能够吸收有害气体和 PM2.5，但吸收效率非常低，有些植物甚至还会产生二次有害气体；过滤法较为简单常用，其中以细微玻璃纤维为过滤介质的高效空气净化器日趋成熟，这种净化器对所有粒径为 0.3 nm 和更大颗粒物的最低脱出率可高达 99.97%，但对直径0.3 nm 以下颗粒物或直径更小能与空气中 PM2.5 形成密切关系的气态污染物，脱除率低，另一方面，脱除的污染物并不能被降解，随着使用寿命到期，净化器被弃用，所吸收的污染物会释放到大气中，造成大气二次污染。因此开发出新型大规模的空气净化技术来有效脱除降解PM2.5已迫在眉睫。

膜法分离技术以其投资少，能耗低，设备简单，操作方便等优点，被认为是最具发展应用前景的第三代新型分离技术。采用该技术分离净化空气中的PM2.5具有重要意义。然而大气中的PM2.5除了颗粒细小外，来源和生成过程也非常复杂，包括人类活动排放或自然产生的二氧化硫、氮氧化物或经二次与水雾反应生成的硫酸、硝酸等强腐蚀性和毒性的光化学微粒，因而采用普通的膜材料是无法完成这一艰巨的分离纯化任务。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足而提供一种吸附并降解PM2.5、机械强度大，生产过程绿色环保，工艺简单，具有耐高温、抗微生物、耐酸碱腐蚀及丰富的超细微孔结构等特性，对脱除空气中的PM2.5具有独特优势的可净化空气中雾霾的微孔炭-金属复合膜制备方法。

本发明的目的可以通过如下措施来达到：一种可净化空气中雾霾的微孔炭-金属复合膜的制备方法，其特征在于其具有高自由体积和呈现规则孔道结构特征的聚酰亚胺聚合物为原料，制备聚酰亚胺高分子膜，通过改变炭化条件，制备具有不同平均孔径和孔径分布的用于满足不同分离目的的机械强度高、孔隙结构发达、分离性能好的炭膜，其包括如下具体步骤：

(1)先采用聚酰亚胺聚合物做原料，将其溶解在溶剂N，N-二甲基甲酰胺（DMF）或N，N-二甲基乙酰胺（DMAC）或二甲基亚砜（DMSO）中制备聚酰亚胺高分子溶液；