[发明专利]一种改性埃洛石纳米管/聚醚共聚酰胺混合基质膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种改性埃洛石纳米管/聚醚共聚酰胺混合基质膜及其制备方法，属于膜分离技术领域。其特征是以聚醚共聚酰胺为聚合物基底，埃洛石纳米管为无机填料；先对埃洛石纳米管进行表面蚀刻，再对蚀刻后的埃洛石纳米管进行表面包覆改性。将改性后的埃洛石纳米管与聚醚共聚酰胺共混制备混合基质膜。本发明制备过程简单易操作，制备得到的混合基质膜应用于CO₂/N₂气体分离，具有良好的分离性能。

技术领域

本发明涉及一种改性埃洛石纳米管/聚醚共聚酰胺混合基质膜及其制备方法，属于膜分离技术领域。

背景技术

CO₂被广泛认为是温室效应的主要温室气体。为了实现CO₂的减排，大力开发和利用CO₂捕集与封存(Carbon Capture and Storage,CCS)技术成为一种有广阔前景的解决方案之一。CO₂捕集方法包括吸收法、吸附法和膜分离法等。其中，膜分离法作为一种新兴的分离技术，具有过程简单、污染小的显著优势，已经成为重要的碳捕集技术之一。

膜材料是决定混合气体分离效果的关键，包括有机材料和无机材料。有机材料制备的有机膜价格低廉易制备，但其渗透性和选择性会相互制约；无机材料制备的无机膜耐腐蚀、耐高温，但其力学性能差，难以大规模制备。混合基质膜是指无机组分以物理镶嵌的方式分布在聚合物膜的基体与表面的一类有机-无机复合膜，一方面可以将聚合物材料优异的稳定性和无机材料优异的CO₂分离性能结合起来，另一方面还可以避免纯有机膜和纯无机膜的缺点，为实现高效气体分离提供了可能的技术突破。

Pebax1657是一种聚醚嵌段共聚酰胺聚合物。聚醚段为聚氧化乙烯(PEO)，可以提供高气体渗透性；聚酰胺段为尼龙6(PA6)，可以提供机械强度。Pebax1657也是一种橡胶态聚合物，与玻璃态聚合物(聚砜、聚酰亚胺等)相比，Pebax1657含有醚氧基团，对CO₂的亲和性较好，因此具有更高的气体渗透性和柔韧性，且膜制备过程简单，被广泛用于气体分离膜的制备。

目前应用较多的无机材料包括分子筛、金属有机骨架(MOFs)、二氧化硅或二氧化钛等纳米颗粒、碳纳米管(CNTs)等。埃洛石纳米管(HNTs)是一种硅铝酸盐矿物，与上述无机材料相比，HNTs具有以下优点：①表面含有羟基，与极性聚合物相容性较好；②HNTs为管状结构，气体分子可以通过管道进行扩散，有助于增加气体的扩散系数；③拥有很好的刚性，对高分子有机物机械性能的增强和增韧方面效果明显；④纳米级尺寸及空腔使HNTs具有较高比表面积等。与同样管状结构的CNTs相比，HNTs具有储量丰富、成本低廉等优点。

为了增加HNTs的表面积和多孔结构、促进气体扩散，本发明对HNTs进行蚀刻改性；为了改善无机材料在聚合物基底中的分散性和相容性，本发明采用表面涂覆法对蚀刻后的HNTs进行进一步改性，通过将改性HNTs填充到聚醚共聚酰胺膜中，制备出了适用于CO₂/N₂分离的气体分离膜，该膜具有CO₂渗透通量高、分离效果好、强度好、结构稳定等优点。

发明内容

本发明在于提供改性埃洛石纳米管/聚醚共聚酰胺混合基质膜，以克服现有技术的缺陷。

本发明提出的改性埃洛石纳米管/聚醚共聚酰胺混合基质膜，其特征在于制备方法如下：

A.将埃洛石纳米管和酸性试剂放入耐高温容器中混合均匀并进行加热，最高温度350℃，冷却后进行洗涤，去除可溶性盐和杂质，干燥后即可得到被蚀刻的埃洛石纳米管。

B.将蚀刻埃洛石纳米管放入容器中抽真空，加入超纯水，对溶液进行超声抽真空。加入Tris-HCL缓冲液、多巴胺和聚乙烯亚胺，充分搅拌后测试其pH值，用碱性试剂调节pH值到8.5左右，搅拌6-24h，随后将混合物离心，弃去上清液，将沉淀清洗后冷冻干燥，得到表面改性处理的埃洛石纳米管。