[发明专利]一种微孔网络型聚酰亚胺树脂及其制备方法和气体分离中的用途

说明书

一种微孔网络型聚酰亚胺树脂及其制备方法和气体分离中的用途，主要用于H₂、N₂、O₂、CO₂、CH₄等小分子气体的分离纯化。该网络型聚酰亚胺树脂以三(4‑氨基苯基)胺等三胺化合物及市售二酐(如图1)为原料，通过低温合成法，制备聚酰胺酸树脂。然后，采用提拉或浇注塑型等方法，制备网络结构的聚酰胺酸树脂薄膜，进一步亚胺化制得聚酰亚胺薄膜，该薄膜再经热处理工艺制备聚酰亚胺炭膜。所得薄膜具有良好的气体选择性和气体渗透性能。所制备的聚酰亚胺树脂由于胺单体中异核氮原子的引入，可有效提高聚合物膜材料与CO₂气体之间的分子间作用力，使得该类聚酰亚胺树脂膜材料对CO₂/N₂，CO₂/CH₄等气体对的分离性能已经接近或超越2008年Robeson上限。

技术领域

本发明属于化工技术领域，涉及一种热稳定性良好且耐有机溶剂的微孔网络型聚酰亚胺树脂的合成、聚合物薄膜及其炭膜的制备方法和用途，适用于工业废气中H₂回收、CO₂捕集、酸性天然气净化和空气分离等领域。

背景技术

随着化石燃料的日益消耗和储量的不断减少，天然气、沼气、氢气等作为典型可再生清洁能源会给人类和社会的发展带来巨大的价值。然而，这些清洁能源在输送、储存或使用前都面临着产物提纯问题，气体分离膜技术是利用特定的膜对混合气体进行分离纯化的一种新型绿色化工分离技术，属于无相变的物理过程，具有工艺简单，耗能低，效率高的优点，已广泛应用于氢气回收、天然气纯化、空气分离等众多领域。理想的膜材料是气体膜分离技术的关键。通常，高分子膜材料应具有高渗透性和良好的气体对选择性，并具有机械强度高，耐塑化和热稳定性优良等优点。在众多的膜材料中，聚酰亚胺是最适宜的气体分离膜材料之一。

与线性、超支化聚酰亚胺材料相比，网络型聚酰亚胺材料由于其独有的高度自交联结构，具有良好的耐塑化、化学/热稳定性能及丰富的孔道结构，使得该类材料已广泛应用于混合气体吸附领域。然而，该网络型聚酰亚胺材料由于在制备过程中具有易凝胶特点，且凝胶后所形成的网络结构常不溶于一般的有机溶剂，从而严重限制了其在气体分离膜领域的应用与发展。因此，开发一种网络型聚酰亚胺薄膜的制备方法具有重要的应用价值。

发明内容

本发明目的是解决现有网络型聚酰亚胺树脂薄膜刚性强，存在聚酰亚胺树脂成膜较脆等问题，提供一种微孔网络型聚酰亚胺树脂以及树脂薄膜和炭膜的制备方法和气体分离中的用途。

为实现上述发明目的，本发明具体包括：

1.设计合成一类以三(4-氨基苯基)胺为交联点的微孔网络型聚酰亚胺树脂，以期通过调控单体结构来改善聚合物材料的气体分离性能。

2.设计合成一种富含氮原子的微孔网络型聚酰亚胺树脂薄膜，以期提高树脂膜材料的柔韧性，并利用引入的异核N原子与CO₂气体之间强分子间作用力，强化膜材料对CO₂/N₂，CO₂/CH₄等气体对的分离性能。

3.提供一种上述微孔聚酰亚胺树脂炭膜的制备方法。

4.提供上述微孔网络型聚酰亚胺薄膜的气体分离性能。

5.提供上述微孔聚酰亚胺树脂炭膜的气体分离性能。

本发明的技术方案：