[发明专利]一种室温自修复离子凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种室温自修复离子凝胶及其制备方法和应用，属于气体分离技术领域。本发明以双氨基封端的低聚物和三醛基交联剂为原料，基于氨基与醛基的Schiff反应，双氨基封端的低聚物和三醛基交联剂会形成由动态亚胺键交联的超分子聚合物网络(I‑SPNs)，且所述交联聚合物网络将离子液体包裹在内部，交联聚合物网络结构具有高的交联密度，从而显著提高离子凝胶的机械强度。本发明所制备的室温自修复离子凝胶中的动态亚胺键亚胺键的高键能以及聚合物交联网络结构赋予离子凝胶良好的稳定性、力学性能以及修复性能，使其在经过多次物理切痕损伤之后依然可以保持高效稳定的气体渗透性和分离性能。

技术领域

本发明涉及气体分离技术领域，尤其涉及一种室温自修复离子凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会和工业的快速发展，大气中二氧化碳的增加逐渐导致了全球气候变化，威胁着人类的生存。因此，从废气和空气中分离出CO₂，并将其作为生产化学品和材料的原料已成为重要的研究领域。由有机阳离子和有机/无机阴离子组合而成的离子液体被认为是下一代的“绿色溶剂”，在催化、电化学、光谱学和材料科学等领域均有应用。离子液体因其较低蒸汽压、良好的热稳定性和良好的CO₂溶解度被认为是有前景的CO₂分离介质。最近的研究表明，将离子液体固定在无机和/或聚合物网络中形成离子凝胶，可以有效地防止离子液体在高压下的泄漏，避免因离子液体的高粘度而导致的流量和扩散性的降低，并增加离子液体使用的便利性。因此，用于CO₂分离的离子凝胶的制造得到了研究人员的广泛关注。

尽管科研人员对离子凝胶气体分离膜进行了广泛的研究，但离子凝胶在CO₂分离领域的应用仍然面临挑战。为了增加气体的渗透性，离子凝胶气体分离的厚度通常小于100微米，然而，低厚度使得离子凝胶在穿刺或高压作用下容易破裂，导致二氧化碳分离性能的丧失。此外，由于离子凝胶内部网络通常是共价交联的，这些离子凝胶的修复和回收复杂，增加了修复成本和环境影响。

修复损伤和恢复生命功能的能力对于生物体来说是至关重要的，因为它决定了生物体的生存。受自然界的启发，开发具有自修复机械性能和功能的人工材料是非常有意义的。高分子科学和超分子化学的发展使人们能够制造出具有弹性、传感能力、超疏水性、导电性和变色能力等的自修复材料。具体而言，自修复离子凝胶是通过在可逆共价键或非共价键交联的聚合物网络中加载离子液体来制备的。可逆共价键和非共价键的动态性质使离子凝胶在损伤后能在损伤部位重建网络，恢复其原有的结构和功能完整性。

自修复离子凝胶在储能/发电装置、应变传感器等领域的应用中已经显示出了前景。然而，大多数报道的自修复离子凝胶具有较差的机械强度(拉伸应力1MPa)，这源于离子凝胶内部的动态网络。较差的机械强度(拉伸应力1MPa)导致自修复离子凝胶的厚度无法降到100微米以下，从而造成CO₂的渗透性低。此外，许多离子凝胶的自修复需要外部刺激(光、热或水等)的帮助，这在气体分离装置中很难应用。因此，制备可室温自修复的、具有一定力学强度的离子凝胶是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种室温自修复离子凝胶及其制备方法和应用，所述室温自修复离子凝胶可在室温条件进行自修复，且机械性能优异，对气体具有高选择性和渗透性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种室温自修复离子凝胶的制备方法，包括以下步骤：

将双氨基封端的低聚物、离子液体、三醛基交联剂和有机溶剂混合，在冰水浴条件进行第一Schiff反应后，在室温密封条件下进行第二Schiff反应，得到室温自修复离子凝胶。