[发明专利]包含DDSQ基元的二元胺及其制备的聚酰亚胺气体分离膜及方法

说明书

本发明一种包含DDSQ基元的二元胺及其制备的聚酰亚胺气体分离膜及方法，属于气体分离与纯化技术领域；本发明包含DDSQ基元的二元胺的制备方法适用于合成系列不同分子结构，且反应活性，可满足聚合要求的DDSQ功能分子。制备聚酰亚胺气体分离膜的方法为，首先合成一种硝基芳胺类功能分子，然后将硝基芳胺类功能分子与采用公开技术方案合成的DDSQ二元酸酐反应，得到包含DDSQ的双硝基化合物，最后经加氢还原得到目标分子——DDSQ二胺。将DDSQ二胺与二元酸酐缩合后得到聚酰胺酸前驱体，环化脱水后得到聚酰亚胺，最终通过溶解‑流涎方式获得包含DDSQ基元的聚酰亚胺气体分离膜，该分离膜在室温条件下物理老化300天后，仍具有稳定的透气性和相对恒定的选择性，抗老化性能突出。

技术领域

本发明属于气体分离与纯化技术领域，具体涉及一种包含DDSQ基元的二元胺及其制备的聚酰亚胺气体分离膜的及方法。

背景技术

进入21世纪，随着全球人口增长和工业迅猛发展，CO₂、CH₄等温室气体大量排放导致全球气候变暖。全球变暖危害严重，不仅会使冰川融化，海平面上升，水资源枯竭，而且会导致一系列新型极地病毒出现，严重威胁人类的生存。为了控制全球气温增长速率，双碳目标即“碳达峰”“碳中和”应运而生。目前，许多发达国家将传统化石能源替换成天然气已经实现了碳达峰，因为燃烧天然气的CO₂排放量只有燃煤的55％，油的70％。天然气是一种储量丰富可再生的清洁能源，但其原始气体中往往含有2％-10％的CO₂，这将引起管道腐蚀、燃烧热值下降、碳排放增加等系列问题，因此天然气在燃烧之前必须要进行分离纯化。相比于传统的气体纯化方法如深冷分离、变压吸附分离等，膜分离法不需要复杂的设备，具备能效高、成本低、设备小型化、操作灵活方便、环境友好等优点，在温和条件下即可实现高效分离，目前已代替深冷分离、胺吸附等高能耗分离过程，并成功应用于富氮、富氧、氢气回收、天然气中酸性气体(H₂S，CO₂等)脱除、空气和天然气除湿等领域，已然成为广受关注的绿色分离手段。

在膜分离装置中，自具微孔聚合物膜(PIM)是最关键的分离组件。目前商业化的分离膜材料有纤维素类(CA)、聚砜类(PSF)、聚碳酸酯类(PC)和聚酰亚胺类(PI)等。PI膜由于具有优异的机械稳定性、高的耐热性、良好的耐化学介质腐蚀性，近年来在膜分离行业中受到越来越多的关注，尤其是其优越的综合物理性能可满足高压、高热等复杂工况下的气体分离与纯化。膜分离专家Robeson通过大量研究指出，高分子膜在气体分离过程中的气体分离通量以及对特定气体对的选择性存在着相互制约的问题[Journal of MembraneScience,1991,62,165-185；Journal of Membrane Science,2008,320,390-400.]，即高分离通量的聚合物膜通常表现出不理想的气体对选择性，这不利于实现高效分离。此外，高分子分离膜在长期分离过程中会出现渗透性逐渐衰减的现象，而选择性基本不变或仅略有提升，这一老化行为将劣化分离效果，并且从甲烷中去除CO₂时往往是在20bar甚至更高的压力下完成的。高压CO₂往往会溶胀聚合物骨架导致CO₂对CH₄选择性下降，产生塑化现象，同样会降低膜的分离效率。通过20余年的发展，国内外学者针对高分子分离膜的分离通量与气体对的选择性之间存在的难以协调的技术瓶颈以及分离过程中存在的老化与塑化问题开展着持续研究工作，但对抑制塑化以及分离性能随时间的老化衰减缺少有效的解决方案。

发明内容

要解决的技术问题：