[发明专利]一种六元环聚酰亚胺共聚物分离膜及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种六元环聚酰亚胺共聚物分离膜，包含式I共聚物结构。本发明还提供了六元环聚酰亚胺共聚物分离膜的制备方法及其用途。本发明所制备的六元环型聚酰亚胺膜具有良好的热稳定性、较高的储能模量、较大的自由体积、良好的气体渗透系数和良好的选择性，特别适合CO₂/CH₄、CO₂/N₂、O₂/N₂等体系的分离。

技术领域

本发明涉及气体分离膜技术领域，尤其涉及一种六元环聚酰亚胺共聚物分离膜、其制备方法及用途。

背景技术

膜分离技术是以选择透过性膜作为分离介质，通过在膜两侧施加某种推动力(如压力差、浓度差、电位差等)，使得原料侧组分有选择性地透过膜，从而达到分离、提纯和浓缩的目的。气体膜分离技术与传统的吸附冷冻、冷凝分离相比，具有节能高效、操作简单、没有相变，可在常温下操作等优点，其中膜材料的制备和选择是膜分离技术的核心部分。按气体分离膜材料性质的差异，通常可以分为高分子材料、无机材料和金属材料三大类，其中高分子材料中聚合物因其独到的溶解-扩散传质机理、较高的选择性、较高的通量、足够高的机械强度和稳定性以及较低的成本优势，在膜材料中占据重要位置。但是，聚合物膜在用于气体分离时，气体的选择性和渗透性之间存在一个相互制约的关系，一般情况下，玻璃态聚合物具有较高的选择性而橡胶态聚合物表现出较高的渗透性，将它们组合形成嵌段聚合物，则有可能在某种程度上兼备高选择性和高渗透性。聚酰亚胺类高分子作为气体分离膜材料与许多其它玻璃态聚合物相比具有较好的气体分离性能、高的机械强度和模量以及优异的化学、热稳定性。现有公开的五元环芳香族聚酰亚胺高分子作为气体分离膜材料，其化学结构和气体分离性能之间的关系已经获得了深入的研究，提高聚酰亚胺主链刚性和降低链间相互作用，有利于分子链之间产生大的自由体积，从而获得较高的气体渗透系数，但其选择性往往较低，反之亦然。现有公开的五元环芳香族聚酰亚胺膜的气体分离性能一般显著低于新的Robeson上限(文献：L.M.Robeson,The upper bound revisited,J.Membr.Sci.320(2008)390–400.)。有关六元环聚酰亚胺气体分离特性的报道很少，现有公开的用于气体分离的六元环聚酰亚胺为磺化聚酰亚胺(文献：1)F.Piroux,E.Espuche,R.Mercier,M.Pinéri,G.Gebel,Gas transport mechanism in sulfonated polyimidesconsequences on gas selectivity,J.Membr.Sci.209(2002)241–253；2)K.Tanaka,M.N.Islam,M.Kido,H.Kita,K.Okamoto,Gas permeation and separation properties ofsulfonated polyimide membranes,Polymer 47(2006)4370–4377)，通过引入磺酸基，研究其对气体分离性能的影响，研究认为随着磺化度的增加，膜对气体的渗透性降低而选择性增加。现有公开的六元环磺化聚酰亚胺气体分离膜的性能同样显著低于新的Robeson上限。因此，目前公开的聚酰亚胺类高分子作为气体分离膜材料还不能较好地兼顾气体选择性和渗透性，也还未有有关非磺化六元环聚酰亚胺膜的结构与气体渗透关系的报道，其结构对气体分离性能的影响也并不清楚。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种六元环聚酰亚胺膜、其制备方法及用途。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是现有用于气体分离的聚酰亚胺膜可选择性不多，分离性能有待进一步提高。

为实现上述目的，本发明提供了一种六元环聚酰亚胺共聚物分离膜，其包含式I共聚物结构，

其中，