[发明专利]一种离子化聚酰亚胺气体分离膜的制备方法和应用

权利要求书

1.一种离子化聚酰亚胺气体分离膜，其特征在于，具有以下结构通式：

；

式1

R₁含有官能团R_a,R_b,R_c,R_d,R_e,R_f中的任意一个或多个，R₂含有官能团R_g,R_h,R_i,R_j中的任意一个或多个，R₃含有官能团R_a,R_b,R_c,R_d,R_e,R_f中的任意一个或多个；X^-代表Cl^—，Br^—，I^—，NTf₂^—，H₂PO₄^—，BF₄^—,PF₆^—中的一种或多种；

所述R_a,R_b,R_c,R_d,R_e,R_f,R_g,R_h,R_i,R_j的结构式如下式2所示：

式2；

所述离子化聚酰亚胺分离膜材料采用如下方法制备，所述方法步骤如下：

(1)聚酰亚胺共聚物的制备：将二胺单体溶于溶剂A中，待完全溶解，然后加入二酐单体，在0-50°C下，氮气气氛搅拌6-12h，得到聚酰胺酸溶液，将得到的聚酰胺酸溶液以脱水剂B和催化剂C进行亚胺化处理，反应12-24h，冷却后加入过量的沉淀剂D，然后进行洗涤、100-150°C真空干燥，即可得到聚合物；

(2)聚酰亚胺离子化反应室温下在惰性气氛中将聚酰亚胺聚合物溶于无水溶剂A中搅拌，将卤代物注入反应溶液中并密封，将温度升至50°C搅拌12h以上，冷却至室温后，加入过量沉淀剂D中，然后洗涤、100-150°C真空干燥，得到离子化聚酰亚胺；

(3)离子交换反应步骤(2)得到的聚合物溶解在5wt％的A溶液中，两倍摩尔当量的无机盐溶解在30wt％的A溶液中，将无机盐溶液滴加到离子化聚酰亚胺溶液中，常温下搅拌反应24h，上述溶液在溶剂D中沉淀、洗涤并在80-100°C温度下干燥，得到具有不同阴离子的离子化聚酰亚胺；

所述离子化聚酰亚胺中咪唑盐单元在二胺单体中的比例大于50%，其中1m1000,1n1000。

2.根据权利要求1所述的离子化聚酰亚胺气体分离膜，其特征在于：所述二酐单体选自均苯四甲酸二酐(PMDA)，4,4-联苯醚二酐(ODPA)，3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐(BPDA)，4,4-(六氟异丙烯)二酞酸酐(6FDA)，3,3',4,4'-二苯甲酮四甲酸二酐(BTDA)和1,4,5,8-萘四甲酸酐(NTDA)；所述二胺单体选自1,3-双氨基-2,4,6-三甲基苯，1,4-双氨基-2,3,5,6-四甲基苯，2,2-双(3-氨基)六氟丙烷，1,3-双氨基-2-甲基苯。

3.如权利要求1所述的离子化聚酰亚胺气体分离膜，其特征在于：所述无水溶剂A为N,N-二甲基乙酰胺，N,N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的一种或多种；所述脱水剂B为乙酸酐、1,2-二氯苯、甲苯、二甲苯中的一种或多种，所述催化剂C为吡啶和异喹啉中的一种或多种，所述沉淀剂D为甲醇、乙醇或丙酮；卤代物为碘甲烷或碘乙烷；所述无机盐为NH₄Cl,LiTFSI,NaH₂PO₄,NaBF₄,LiPF₆中的一种或多种。