[发明专利]一种用于气体分离的自具微孔梯形聚合物、膜及用途

说明书

本发明涉及一种用于气体分离的自具微孔梯形聚合物、膜及用途。所述用于气体分离的自具微孔梯形聚合物具有式（I）的结构：式（I）中，R₁选自R_a、R_b、R_c、R_d基团中的任意一种或至少两种的组合；R₂选自R_e、R_f、R_g、R_h基团中的任意一种或至少两种的组合；n为≥20的正整数。本申请提供的用于气体分离的自具微孔梯形聚合物对于CO₂气体渗透性好，且选择性高；同时本申请提供的用于气体分离的自具微孔梯形材料在有机溶剂中的溶解性好，因此可加工性较好，成膜工艺简单，更易于使用。

技术领域

本发明属于气体分离膜领域，具体涉及一种用于气体分离的自具微孔梯形聚合物、膜及用途，尤其涉及一种用于气体分离的自具微孔梯形聚合物、用于气体分离的平板膜、用于气体分离的中空纤维膜及用途。

背景技术

二氧化碳是主要的人为温室气体，占近十年来人为温室气体排放的77%（占所有二氧化碳排放量的26%至30%）。二氧化碳的主要人为排放来自化石燃料的燃烧，烟气中的二氧化碳浓度取决于燃料，如煤（12~15 mol% CO₂）和天然气（3~4 mol% CO₂）；在石油和其他工业工厂，废气中的二氧化碳浓度取决于炼油（8~9 mol% CO₂）、水泥生产（14~33 mol% CO₂）和钢铁生产（20~44 mol% CO₂）等过程。科学家们普遍认为，要将全球平均气温控制在较工业化前基线上1.5 ℃以内，即“安全”的变暖水平，人类必须将大气中的二氧化碳浓度稳定在350ppm左右。然而，截至2019年，大气中的二氧化碳水平已达到约410 ppm，想要改善这种现状，在降低化石燃料燃烧量，减少二氧化碳排放之余，还必须开发新材料和新技术脱除大气中的二氧化碳。

气体分离膜技术是压力驱动的无相变的气体分离过程，具有能效高、占地少、设备简便、易于调控和绿色无污染等诸多优点。气体分离膜技术的核心是膜材料，高性能的膜材料是实现高效低成本气体分离的关键，理想的气体分离膜材料通常需要同时具有高的气体渗透性和分离选择性，此外还需要有优异的力学强度、良好的可加工性能和膜稳定性。尽管气体分离膜的应用前景广阔，但是目前能商品化的膜材料譬如聚酰亚胺、聚醚砜、醋酸纤维等材料的气体渗透性往往很低，难以满足低成本气体分离的需求，因此开发新型高性能的膜材料是目前气体分离膜领域研究的重点。

自具微孔聚合物（PIM）是一类具有高比表面积的微孔聚合物，由于分子内存在刚性、扭曲结构而导致聚合物链段不能有效堆叠，从而产生大量的微孔（绝大部分孔道尺寸在2 nm以下），为气体传输提供了一个非常好的通道。自2004年PIM-1问世并用于气体分离之后，越来越多的PIMs被研发出来并被用于气体分离膜中。

中国专利CN105413412A通过引入溴取代基与叠氮取代基制备了可自交联的自具微孔聚合物气体分离膜，其交联之后在高压CO₂混气下表现出较好的抗塑化性，但制备过程复杂且原料昂贵。中国专利CN109311899A制备了基于特罗格尔碱的聚合物膜并用于气体分离，该系列聚合物膜气体分离性能较为优异，但是溶解性差，可加工性较弱。中国专利CN112646170A公开了一种手性自具微孔聚合物及其制备方法并应用于气体分离，该材料在甲醇进行老化处理后具有良好的气体分离性能，但在处理前气体渗透性较低。目前已报到的自具微孔聚合物通常合成步骤繁琐，且气体分离性能还有待进一步提升，此外未见通过超酸催化付克反应制备自具微孔聚合物气体分离膜专利的报道。

本申请需要提供一种制备过程简单、CO₂选择性高，且渗透性强的薄膜材料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种用于气体分离的自具微孔梯形聚合物，所述用于气体分离的自具微孔梯形聚合物具有式（I）的结构：