[发明专利]一种高分子分离膜、其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高分子分离膜、其制备方法与应用。所述高分子分离膜包括：包含具有微孔结构的聚合物的连续相，所述聚合物包括自具微孔聚合物；以及，包含无机材料的分散相。所述自具微孔聚合物包括PIM‑1和/或PIM‑1衍生物。所述制备方法包括：将自具微孔聚合物及无机材料于溶剂中混合均匀，获得共混溶液；将所述共混溶液涂覆于聚合物支撑层上，获得高分子分离膜。本发明的复合型气体分离膜保持了聚合物材料良好的机械性能、热稳定性、可加工性能以及无机材料良好的气体选择性能，在分离混合气体特别是氧气和氮气时具有高渗透性、高选择性的特点；且制备方法简单，适宜规模化工业生产，在富氧即氧气富集应用方面有潜在应用前景。

技术领域

本发明涉及一种气体分离膜，具体涉及一种用于气体分离的高通量、高选择性高分子分离膜及其制备方法，以及其在氧气富集即富氧方面中的应用，属于气体分离技术领域。

背景技术

随着能源供应趋紧与能源价格高涨之间的矛盾逐渐显现，对于能源的高效利用成为科研及工业界关注的主题。富氧分离技术是应用物理或化学方法将空气中的氧气进行收集提升空气中氧气含量，在工业生产及日常生活中都有着广泛的应用空间。大气环境污染严重和环保高效理念的日趋强化，都为富氧分离的发展和市场规模化提供了良好的契机，富氧燃烧及富氧呼吸设备是富氧分离应用的两大热点领域。工业生产方面上，富氧燃烧(OEC)是一项高效节能的燃烧技术，节能效率可以高达30-50％。我国是高能耗国家，实现富氧节能高效燃烧是发展的必然趋势。在日常生活中，氧疗和氧保健作为应对大气污染的方式也逐渐被人们生活所接纳，此外，特殊环境下对氧气的需求也为富氧技术应用的开辟了新的领域。

膜法富氧较传统的深冷分离法、变压吸附法等具有占地面积少、设备简单、操作方便、投资少、能耗低等优点，在节能减排、环境保护等方面意义显著。膜法富氧的关键在于膜材料本身，膜材料应具有良好的成膜性、高透氧系数PO₂、高氧/氮分离系数α(O₂/N₂)、良好的成膜性、化学及热稳定性，而目前膜材料的选择仍面临难题。高分子材料如烯烃类聚合物，具有良好的材料成膜特性及较高的氧/氮分离系数，可满足日常生活的富氧要求，但是气体透过率过低难以满足富氧过程中的高效分离和富集。

根据Freeman理论，合理增加聚合物刚性结构且保证适当的分子链间距可以有效改善聚合物膜的分离性能。自具微孔聚合物等新型分离膜材料，在气体分离特性方面都显示出了优越的对Robeson上限的综合性能，性能要远远超越传统聚合物膜材料，显示了新型分离膜材料在气体分离膜应用的巨大潜力，这为富氧膜材料的优化选择提供了新的机遇。在这些新型的气体分离膜材料中，自具微孔聚合物材料由于兼具了微孔材料的内部贯通的微孔结构及高比表面积和传统聚合物材料具备的良好的热稳定性，被认为是目前最有前景的气体分离材料。但相对于无机材料优越的气体分离性能而言，自具微孔材料的气体选择性较低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高分子分离膜、其制备方法与应用，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种高分子分离膜，其特征在于包括：

包含具有微孔结构的聚合物的连续相，所述聚合物包括自具微孔聚合物；

以及，包含无机材料的分散相。

在一较佳实施方案之中，所述自具微孔聚合物包括PIM-1和/或PIM-1衍生物，其中，所述PIM-1具有式(I)所示的结构：

其中，n为250～1000。

在一较佳实施方案之中，所述PIM-1衍生物包括PIM-1经过改性后的衍生物。