[发明专利]一种用于CO2

说明书

本发明提供了一种用于CO₂/CH₄气体分离的混合基质膜及其制备方法，包括以下步骤：将SBA‑15分子筛、溶剂、氨基化试剂混合，加热至反应完全，过滤、干燥，得到氨基化填料；将6FDA、ODA、DMAC混合并保温反应，之后加入脱水剂及催化剂，反应后的反应液与乙醇混合，洗涤、干燥分离析出的固体，得到聚酰亚胺；将聚酰亚胺、氨基化填料、溶剂混合均匀得到铸膜液，将铸膜液涂抹在模板上，烘干得到预制膜，将预制膜高温热处理，得到所需混合基质膜。本发明所述的用于CO₂/CH₄气体分离的混合基质膜通过加入氨基化填料，降低了高分子链的紧密堆砌且维持了良好的机械性能，增强了CO₂的渗透通量，使得CO₂/CH₄选择性的提升，混合基质膜相较于高分子基膜，CO₂分离性能显著提升。

技术领域

本发明属于气体分离技术领域，尤其是涉及一种用于CO₂/CH₄气体分离的混合基质膜及其制备方法。

背景技术

随着人类社会的快速发展，人们对能源的需求日益增加。然而新型能源技术未有新的突破，化石燃料依然是能源市场的主导，伴随而来的是化石燃料带来的一系列副产物，其中温室气体CO₂对环境的污染最为严重，全球约四分之三的CO₂源于化石燃料的燃烧。据统计，在2035年全球的CO₂浓度将会达到435ppm，如此高的二氧化碳浓度，已经引起了全球变暖，冰川融化，海平面上涨等自然灾害，这已经给人类带来了无法估量的损失，严重威胁了人类的生存发展。因此，CO₂的分离与捕集已经成为人类必须要面对且亟待解决的问题。

目前，对于二氧化碳的分离和捕集主要有物理与化学吸附法、低温蒸馏以及膜分离等技术。与传统方法相比，膜分离技术具有能源消耗低、占地面积小、无有毒有害副产物等优势。经过了几十年的发展，膜分离技术在不断地完善和发展，已取得了显著的成果。气体分离膜一般分为无机膜、高分子膜和混合基质膜。相比前两者，混合基质膜不仅具有高分子膜的良好加工性还具有无机膜的优异分离性能。同时混合基质膜的制备工艺简单，价格低廉等特点也让其脱颖而出。

混合基质膜的填料主要有石墨烯、碳纳米管、分子筛及金属有机骨架(MOFs)等材料。其中分子筛相比于其他填料，具有合成简单、价格低廉、环境友好等优势。但其存在与聚合物界面相容性差这一难题，导致混合基质膜的CO₂分离性能差，这严重限制了分子筛类混合基质膜的规模化。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于CO₂/CH₄气体分离的混合基质膜及其制备方法，以解决现有方法制备的气体分离膜对CO₂/CH₄分离性能低，填料与聚合物基质界面相容性差等问题，提高混合基质膜的CO₂分离性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于CO₂/CH₄气体分离的混合基质膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将SBA-15分子筛、乙醇通过磁力搅拌混合，加热至一定温度，缓慢滴入氨基化试剂，反应完全后，冷却至室温，过滤得到白色固体，利用乙醇洗涤，干燥后得到氨基化填料；

(2)将六氟二酐(6FDA)、DMAC混合溶解后，在一定温度下加入ODA并保温反应一定时间，之后加入脱水剂及催化剂，反应完全，得到反应液，将反应液与乙醇混合，分离析出固体，将固体利用乙醇洗涤，在一定温度下干燥后，得到聚酰亚胺；

(3)将聚酰亚胺与DMAC混合至完全溶解，加入氨基化填料，超声搅拌混合均匀得到铸膜液，将铸膜液涂抹在聚四氟乙烯模板上，烘干溶剂得到预制膜，将预制膜高温热处理，得到所需混合基质膜。