[发明专利]半脂环族聚酰亚胺及其薄膜在气体分离中的应用

说明书

本发明公开了半脂环族聚酰亚胺及其薄膜在气体分离中的应用。所述半脂环族聚酰亚胺具有如下式所示的结构：其中，10＜n＜500。本发明中由所述半脂环族聚酰亚胺制成的薄膜具有高比表面积和气体渗透系数，其气体分离性能优于商品化气体分离膜以及相对应的六氟二酐气体分离膜，在工业氢气纯化和回收应用方面有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于高分子材料领域技术领域，具体涉及一种半脂环族聚酰亚胺薄膜在气体分离中的应用。

背景技术

气体膜分离技术是根据混合气体在压力推动下透过膜的渗透速率不同，将混合气体转化为成分各不相同的两个或多个单一气体的一种“绿色技术”，与传统的变压吸附技术、深冷分离技术相比，具有能耗低、操作简单、占地面积小等优点。自20世纪70年代以来，气体膜分离技术广泛应用于空气中氧、氮的分离，天然气中二氧化碳和甲烷的分离、合成氨驰放气中氢的分离等。

衡量气体分离性能有两个重要的参数：渗透系数和选择系数。1991年，Robeson提出了高分子的特性界限，即Robeson上线限，描述了渗透系数和选择系数的制衡效应。为了实现高渗透通量和高分离效率，高分子膜应同时具有高的渗透系数和选择系数，因此突破Robeson上线限，制备高性能的分离材料将成为该领域的一个主要发展方向。理想的气体分离膜材料除了要具备高的渗透系数和选择系数外，还需有良好的机械性能、热力学稳定性和成膜加工性，而含有氮芳杂环的聚酰亚胺，由于结构丰富易设计、综合性能最佳，日益受到气体分离膜领域的重视。

目前，已商业化的聚酰亚胺分离膜仅有和其虽具有良好的机械性能、热力学稳定性和较高的选择系数，但由于较低的渗透系数和分离效率(H₂、CO₂、O₂、N₂、CH₄渗透系数为27.2、7、2、0.28和0.21Barrer；H₂、CO₂、O₂、N₂、CH₄渗透系数为9.09、1.37、0.4、0.05和0.03Barrer)，限制了其在工业上的应用。经过大量的实践研究表明，具有刚性骨架结构、分子链段堆砌松散且自由体积大的聚酰亚胺，气体分离性能较优。基于以上思路和现状，有待开发一种同时具有高气体渗透系数和选择系数的聚酰亚胺分离膜材料。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种半脂环族聚酰亚胺及其薄膜在气体分离中的应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种半脂环族聚酰亚胺薄膜在气体分离中的应用，所述半脂环族聚酰亚胺薄膜是由半脂环族聚酰亚胺制备得到的，所述半脂环族聚酰亚胺具有如式(I)所示的结构：

其中，10＜n＜500，R选自下式中任一者或两者以上的组合所示的结构：

其中，虚线代表氨基的接入位置。

本发明实施例还提供了一种具有式(I)所示结构的半脂环族聚酰亚胺：

其中，10＜n＜500，R选自下式中任一者或两者以上的组合所示的结构：

其中，虚线代表氨基的接入位置。

本发明实施例还提供了一种半脂环族聚酰亚胺薄膜，它是由前述半脂环族聚酰亚胺制成。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：