[发明专利]点击化学修饰的聚酰胺-聚酰亚胺煤层气脱氮浓缩分离膜

说明书

本发明提供一种点击化学修饰的聚酰胺‑聚酰亚胺煤层气脱氮浓缩分离膜及其制备方法、应用，脱氮浓缩分离膜的材料包括点击羧基功能化聚酰胺‑聚酰亚胺化合物，其由聚酰胺结构单元和聚酰亚胺结构单元交替嵌段聚合构成且通过溴代和点击化学反应在分子结构中植入三氮唑连接的羧酸基团，聚酰胺单元的摩尔分数为5～60，聚酰亚胺单元的摩尔分数为95～40。通过溴代和点击化学反应在分子链中植入三氮唑连接的羧酸基团，调节高分子链的极性，制备的脱氮浓缩分离膜使得氮气优先透过，在煤层气脱氮提浓甲烷的过程中，使得甲烷得以浓缩的同时甲烷仍处于较高压力一侧，刚柔相间的结构使得该脱氮浓缩分离膜具有较高的气体渗透性能，使得其具有明显的节能效应和较高的经济实用价值。

技术领域

本发明涉及脱氮浓缩分离膜技术领域，特别涉及一种点击化学修饰的 聚酰胺-聚酰亚胺煤层气脱氮浓缩分离膜及其制备方法、应用。

背景技术

煤层气俗称“煤矿瓦斯”，其主要成含有份是甲烷(CH₄)，是与煤炭伴 生并以吸附或游离状态存在于煤层中的非常规天然气资源，是一种高效、 洁净的新能源。目前为了满足国内生产生活需求，我国的每年大量的进口 天然气资源。

根据开采方式不同，煤层气中CH₄浓度介于3％～80％之间，其中约 有三分之二的煤层气所含CH₄浓度低于30％，属于低浓度煤层气。一直困 扰煤层气大规模利用的主要因素是煤层气中可燃气体浓度太低，容易使其 处于爆炸极限范围之内，其输送利用的安全性难以得到保证。通常甲烷浓 度范围在5％～16％的低浓度煤层气具有爆炸危险，出于安全考虑，通常被 禁止直接利用。按照国家《煤矿安全规程》规定，对煤层气进行利用时， 甲烷浓度不得低于30％。因此大量的甲烷浓度低于30％的低浓度煤层气， 由于被禁止利用而排空，既浪费资源又危害环境，也是煤层气利用率较低 的主要原因。据统计，我国每年向自然环境中排放量的低浓度煤层气高达 194亿m³，相当于20000多万吨标煤，造成了巨大的资源浪费。同时， 煤层气中的CH₄也是一种主要的温室气体，其对全球气候变化影响的相对 能力是同量CO₂的21倍，对臭氧的破坏能力是同量CO₂的7倍，直接排 放势必造成巨大的环境破坏，因此温室气体减排压力直指我国。因此，对 低浓度煤层气中甲烷进行富集提浓并加以利用，不仅可以减缓由于甲烷的 直接排放造成的温室效应，又可以充分利用此清洁能源，这无疑对改善能 源结构、发展循环经济和低碳经济、减少能源浪费和环境污染具有重要意义。

目前，煤层气中分离提纯CH₄的方法一般有低温液化分离、变压吸附 分离和膜分离等。其中，膜分离技术具有能耗低、投资小、设备紧凑、占 地少和操作简单等优点，将其应用于煤层气的分离提纯是目前正在发展且 极具潜力和技术挑战性的气体分离技术。特别是膜分离装置便于器件化、 体积小、能用车载便于转运，可适用于各种大小的煤层气开采场合。

煤层气的主要成分是N₂和CH₄，同时含有少量的CO₂和O₂，相对于煤 层气中CO₂和O₂的去除，N₂去除更难、成本也更高，因此研究开发用于 N₂、CH₄的分离的膜具有重要的经济实用价值。目前用于煤层气中脱氮提 浓甲烷的膜材料鲜有报道，且大多由于膜材料结构单一、物化性质可调控 性差导致难以获得良好的N₂、CH₄的分离效果。

基于此，现有技术确实有待于改进。

发明内容

本发明需解决的技术问题是N₂、CH₄的分离效果差。

为了解决上述问题，第一方面，本发明提供一种点击化学修饰的聚酰 胺-聚酰亚胺煤层气脱氮浓缩分离膜，其采用的技术方案如下：