[发明专利]一种电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法及该复合膜的应用

说明书

本发明公开了一种电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法及该复合膜的应用。本发明以平板微孔滤膜作为支撑体；使用电化学沉积法将聚苯胺生长到微孔滤膜表面，得到具有聚苯胺分离层的膜；通过涂覆法将聚乙烯胺修饰到聚苯胺分离层表面，起修补缺陷以及表面改性的作用。本发明通过电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺的复合膜，并将该膜用于CO₂/N₂的分离，具有较高的CO₂渗透速率和分离因子。本发明采用电化学沉积法制备的聚苯胺分离层，厚度薄、沉积均匀、致密性好、沉积的膜面积大，该聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜制备简单，不需要有机溶剂，无需复杂设备，绿色环保，简单易行，易于实现工业化。

技术领域

本发明涉及一种电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法及该复合膜的应用，属于化学工程膜分离技术领域。

背景技术

CO₂分离与捕集已成为全球关注的研究热点。膜分离技术具有装置灵活、工艺简单、环境友好、成本低廉等诸多优点，是现阶段最具发展应用前景的气体分离技术。在CO₂膜分离技术中，性能优良的膜材料的开发是该技术发展的关键，而复合膜的制备则是膜分离技术工业化的重要步骤。

聚苯胺是一种具有简单共轭结构的有机聚合物，在质子酸掺杂的状态下，聚苯胺具有类似金属的导电性。简单的掺杂-脱掺杂能够使聚苯胺的分子链结构发生变化，这一特性引起了膜技术研究者的极大兴趣。通过调节聚苯胺的掺杂-脱掺杂状态，能够使聚苯胺的分子链结构发生变化，进而调控聚苯胺膜的孔结构，为提高分离膜的选择透过性能提供了契机。

聚苯胺膜的主要形式有自支撑膜、复合膜和共混膜。相比于自支撑膜和共混膜，聚苯胺复合膜机械性能好，并且其分离层较薄，膜的气体渗透性能较高。聚苯胺复合膜的制备方法主要有溶剂焊接法和原位聚合法。溶剂焊接法是通过有机溶剂部分溶解聚苯胺膜（化学氧化法预先制备好的）和支撑膜之间的聚合物分子链，完全干燥之后，支撑膜就与聚苯胺膜“焊接”在一起。原位聚合法是先将苯胺单体吸附在某种基材上，通过引发苯胺的聚合反应获得聚苯胺复合膜。以上两种制膜方法均是基于化学氧化法制备聚苯胺膜的延伸。但是化学氧化法由于引发剂的加入，产品纯度不高，这会在很大程度上影响聚苯胺膜的分离性能。

发明内容

本发明旨在提供一种电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法及该复合膜的应用，通过电化学沉积法制备具有聚苯胺分离层的多层复合膜，并将该膜用于CO₂/N₂的分离，具有较高的CO₂渗透速率和分离因子。

本发明以平板微孔滤膜作为支撑体，通过电化学法大面积制备具有聚苯胺分离层的多层复合膜，可以得到性能优异的气体分离膜。首先通过恒电流电化学法将聚苯胺沉积到平板多孔微滤膜的表面，得到超薄的聚苯胺层；电化学沉积法是通过电场作用使苯胺单体在工作电极发生氧化聚合制得聚苯胺，产品纯度高，操作简单。通过调控电解液中的苯胺浓度以及高氯酸的酸度，可以制得不同孔径和厚度的聚苯胺薄膜；通过涂覆法将聚乙烯胺修饰到聚苯胺分离层的表面，可以起到修补缺陷和表面改性的作用。

本发明提供了一种电化学沉积法制备聚苯胺/聚乙烯胺多层复合膜的方法，以平板微孔滤膜作为支撑体；使用电化学沉积法将聚苯胺生长到微孔滤膜表面，得到具有聚苯胺分离层的膜；通过涂覆法将聚乙烯胺修饰到聚苯胺分离层表面，起修补缺陷以及表面改性的作用。

上述制备方法中，所用的平板微孔滤膜是支撑膜，起支撑作用，截留分子量为5000-20000，表面积为4-30cm²；支撑膜对于复合膜的分离效果无影响，电化学沉积的超薄聚苯胺层是分离膜的关键；涂覆的聚乙烯胺层起到修补缺陷以及表面改性的作用。进一步地，所述微孔滤膜的多孔层材质为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、醋酸纤维素中的任一种，基底材质为无纺布。

上述制备方法包括以下步骤：