[发明专利]具有离子团簇结构的季铵化聚砜均质膜及制备和应用

权利要求书

1.一种具有离子团簇结构的季铵化聚砜均质膜，其特征在于，该季铵化聚砜均质膜中存在由模板剂引发的纳米尺度的离子团簇结构，同时利用模板剂刻蚀后的空腔有效减小膜厚；其中，季铵化聚砜是由聚砜经过氯甲基化反应、季铵化反应而成，季铵化试剂选用三乙胺，比例为6ml/1g，模板剂选取TMA-POSS，粒径在1～3nm。

2.一种如权利要求1所述的季铵化聚砜均质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、季铵化聚砜的制备及TMA-POSS/季铵化聚砜混合基质膜的制备，步骤如下：

将聚砜溶解于氯仿溶剂中，形成质量体积浓度为0.02g/mL的溶液，按照与聚砜质量比3：4向溶液中加入多聚甲醛，在55℃下剧烈搅拌至溶液澄清，按照与聚砜质量体积比为1g：3mL向溶液中加入三甲基氯硅烷，同时加入四氯化锡作为催化剂，在55℃下反应96h；将反应后的溶液快速倒入乙醇中，得到白色固体，过滤，于45℃下真空干燥，最终得到氯甲基聚砜；

将上述氯甲基化聚砜溶于N,N-二甲基甲酰胺中，按照质量体积比为1g：6mL加入三乙胺作为季铵化试剂，在35℃下搅拌12h，得到溶液A；将TMA-POSS溶于N,N-二甲基甲酰胺中，超声分散20分钟，得到分散液；将分散液与上述溶液A混合，其中TMA-POSS与季铵化聚砜的质量比0.01～0.05，季铵化聚砜的质量分数为5％；混合液在室温下以1000r/min的转速搅拌12h，静置、脱泡后得到均质铸膜液；将该均质铸膜液倒入玻璃板中，60℃干燥得到均质膜；

步骤二、模板刻蚀：将得到的均质膜浸入浓氢氟酸溶液进行模板刻蚀，2～2.5h后取出，用大量的去离子水冲洗膜表面残留的氢氟酸；

步骤三、离子交换：将步骤二得到的膜材料浸入1M的硼酸钾溶解中进行离子交换，最终得到以硼酸根离子为反离子的季铵化聚砜膜。

3.一种按权利要求1所述季铵化聚砜均质膜或按权利要求2所述的制备方法制得的季铵化聚砜均质膜的应用，其特征在于，用于湿态下CO₂/CH₄体系CO₂分离，在25℃、相对湿度83％、原料气压力1bar条件下，CO₂通量为776～1207Barrer，CO₂/CH₄选择性为39～43。