[发明专利]一种基于改性三氧化铝与Pebax混合基质膜制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种基于改性三氧化铝与Pebax混合基质膜制备方法及应用，该方法包括如下步骤：首先采用硅烷偶联剂3‑氨丙基三甲氧基硅烷对纳米Al₂O₃进行化学改性，再利用初步改性后纳米Al₂O₃体系上的氨基与丁二酸酐发生亲和加成，在纳米Al₂O₃中引入羧酸，利用离子液体的氨基与羧酸发生酰胺化反应，制备3‑氨丙基三甲氧基硅烷‑丁二酸酐‑离子液体/三氧化二铝纳米体系，改性的纳米Al₂O₃解决现有混合基质膜中的纳米Al₂O₃在Pebax膜中分散性不好、易于导致纳米粒子和膜基质的界面缺陷、以及纳米粒子之间易团聚的问题，本发明制备的混合基质膜提高了CO₂的选择性和渗透性，突破Robeson上限的。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种基于改性三氧化铝与Pebax混合基质膜制备方法及应用。

背景技术

二氧化碳(CO₂)是导致全球气温升高的重要温室效应气体之一。世卫组织在2019年统计，全球二氧化碳排放量高达341.7亿吨，其中我国的CO₂排放量位居世界前列，碳排放总量大约为29％，比美国和欧盟国家高出一倍。因此我国明确指出，中国将推进清洁、低碳、环保的能源的政策，以降低CO₂排放量，并且将CO₂资源利用纳入规划中。与此同时，CO₂也是一种重要的碳资源之一，在诸多方面具有重要的应用价值。因此，实现CO₂高效捕集和充分转换利用成为当前各国研究的热点之一。目前减少CO₂的排放量主要有以下两种举措，第一：利用清洁能源替代化石能源。第二：CCUS技术，即CO₂的捕获、利用与封存。其中CCUS技术是目前实现减少CO₂排放的重要途径之一。

用于分离和捕集CO₂的方法主要包括：吸收法、吸附法、低温分离法、和膜分离法等。膜分离法是一种简单高效的气体分离方法。影响膜性能的因素主要是膜的选择性和渗透性。这种方法是将混合物在压力下压入隔板内，隔板一般是用许多空心的圆筒形薄膜构成，并联在一起。膜内通常存在亲和CO₂的材料，在不同气体浓度和分压下，推动CO₂气体选择性的通过膜，并在分离器壳侧减压进行回收。此外还可以利用膜表面的吸附性能以及气体自身性质差异满足对各种体系、组分的分离。避免了高能耗的空气分离。但该技术的运行问题包括通量低和易污染。与其他分离技术相比膜技术的性能受CO₂浓度和压力等外界环境的影响较大，这是应用该技术的主要障碍。目前，常用的膜有聚合物膜、无机膜和共混膜。对于聚合物膜而言，其性能受到选择性和渗透性之间的制约难以突破Robeson上限，而无机膜制备成本较高，且成膜难度大，因此它们的应用也受到了局限。近些年，结合无机材料与聚合物材料的混合基质膜的制备成为研究热点，该类混合基质膜利用了聚合物材料和无机材料各自的优点，对于克服聚合物膜渗透系数和气体选择性难以同步提升的问题，起到重要的推动作用。然而无机纳米体系在膜内通常会存在易于团聚、以及易于产生无机纳米粒子与膜基质间存在界面缺陷的问题，这是混合物基质膜制备过程需要解决的问题。

现有基于纳米Al₂O₃体系的Pebax膜制备方法中，混合基质在纳米Al₂O₃在Pebax膜中分散性不好，粒子之间易团聚、以及易于存在纳米粒子和膜基质的界面缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种基于改性三氧化铝与聚醚嵌段酰胺的混合基质膜的制备方法及应用，能够解决现有方法中共混膜中的纳米 Al₂O₃在Pebax膜中分散性不好，导致固体和液体的界面缺陷，粒子之间易团聚，影响了CO₂的选择性和渗透性，很难突破Robeson上限的问题。