[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

说明书

本发明公开了一种离子化聚酰亚胺气体分离膜的制备方法和应用，属于聚合物材料和气体分离膜领域。其中所述聚合物是以含咪唑环二胺和具有不同二酐结构单体通过溶液共聚缩合的方法合成了聚酰亚胺，并通过对咪唑环的功能化修饰和离子交换得到离子化聚酰亚胺膜材料。所制备的离子化聚酰亚胺通过涂覆或干喷‑湿纺纺丝方法得到平板或中空纤维气体分离膜。本发明通过形成分子链间离子静电物理交联作用，有效抑制了聚酰亚胺气体分离膜材料存在的塑化效应，增加了CO₂和H₂S等酸性气体的分离选择性以及聚酰亚胺膜材料的加工性能。本发明制备的分离膜具有良好的气体分离性能和稳定性，可应用于天然气脱碳、烟道气中CO₂捕集、空气分离、氢气分离回收等领域。

技术领域

本发明涉及一种离子化聚酰亚胺气体分离膜的制备方法和用途，属于聚酰亚胺材料和气体分离膜技术领域。

背景技术

气体分离膜技术具有能效高、绿色环保、占地少、设备简便易于调控等诸多优点，受到越来越广泛地关注。气体分离膜技术的核心是膜材料，聚酰亚胺由于其良好的耐热性、稳定性、较高的力学强度以及良好的耐化学腐蚀等一系列优点被视为一类优异的气体分离膜材料。理想的聚酰亚胺气体分离膜材料通常需要有高的气体分离选择性和渗透性，此外还需要有良好的可加工性能和稳定性。尽管聚酰亚胺在气体分离领域的应用前景广阔，但是目前能够商品化的聚酰亚胺种类却很少，其中气体分离性能和聚合物溶解加工性是限制其大规模应用的重要原因，因此开发出分离性能和可加工性能更好的聚酰亚胺膜材料是目前气体分离膜领域研究的重点。

离子液体是由有机阳离子和有机或无机阴离子组成的低温熔融盐。由于离子液体具有丰富的电荷效应和偶极作用，其对CO₂,H₂S等酸性气体具有非常好的溶解性和溶解选择性。因此，将离子液体的电荷效应与聚酰亚胺优异的气体分离和机械性能相结合，通过电荷效应和偶极作用提高CO₂等酸性气体在膜中的溶解性和溶解选择性，并通过偶极作用提高聚酰亚胺膜材料的溶解性和加工性能，或将大大拓展聚酰亚胺气体分离膜的应用范围和领域。

目前，有研究通过对聚酰亚胺进行功能化修饰以改善其分离性能。中国专利CN1760236A以两种四羧酸二酐和3,5-二氨基-2,4,6三甲基苯磺酸制备了磺酸根功能化的聚酰亚胺膜材料，其在无水乙醇和蒸馏水的混合溶液中具有较好的溶解性，但渗透性和选择性相对较低。中国专利CN108993180A制备了一种接枝型聚离子液体聚酰亚胺膜，将聚酰亚胺聚合物的亚胺基作为接枝位点进行功能化接枝，其制备的膜气体分离选择性较低。中国专利CN108114615A采用6FDA与MPDSAM采用溶液共聚的方法合成了含磺酸根的聚酰亚胺(6FDA-MPDSAM)，该材料具有较高的二氧化碳/甲烷选择性，但二氧化碳渗透性较低。未见含咪唑盐离子化聚酰亚胺专利的报道。

发明内容

本发明旨在提供一种改性离子化聚酰亚胺气体分离膜材料，所述膜材料可用于工业上重要气体混合物的分离，特别具有优异的CO₂分离性能和聚合物溶解加工性能。

为达到上述目的，本发明提供了一种离子化聚酰亚胺气体分离膜，其包含式1所示结构通式：