[发明专利]一种具有超薄分离皮层的PIM-1气体分离复合膜的制备

摘要

本发明在聚合物多孔底膜的基础上，通过引入中间过渡层制备PIM-1(Polymers of intrinsic microporosity)的双层复合膜。PIM-1复合膜制备过程中通过中间过渡层的引入一方面使得多孔底膜的孔径以及表面粗糙度得到一定改善，另一方面通过中间层的引入改善了底膜与预涂层物质PIM-1的接触性，使待PIM-1聚合物溶液更易在底膜表面平铺展开更易得到超薄的PIM-1涂层。最终，通过引入中间过渡层制备出的PIM-1复合膜具有很高的气体渗透通量以及良好的气体选择性，得到具有优异的CO2与H2S等酸性气体分离、O2/N2分离、有机蒸汽分离性能的PIM-1复合膜，很大程度的解决PIM-1直接涂层导致复合膜皮层较厚且底膜阻力较大的问题。

主权项

一种具有超薄分离皮层的PIM‑1气体分离复合膜，其特征在于：PIM‑1复合膜制备过程中通过中间过渡层的引入一方面使得多孔底膜的孔径以及表面粗糙度得到一定改善，另一方面通过中间层的引入改善了底膜与预涂层物质PIM‑1的接触性，使得PIM‑1聚合物溶液更易在底膜表面平铺展开更易得到超薄的PIM‑1涂层。最终，通过引入中间过渡层制备出的PIM‑1复合膜具有很高的气体渗透通量以及良好的气体选择性，其步骤如下：a单体提纯：用以合成PIM‑1基础单体的提纯：3，3，3，3‑tetrame.‑1，1‑spirobiindane‑5，5，6，6‑tetraol—TTS BI使用重结晶提纯待用；Tetrafluoroterephthalonitrile‑TFTPN使用真空升华提纯待用；b.高温法与低温法分别合成PIM‑1高温法：在氮气氛围中，取一定比例的TTSBI、TFTPN以及无水K2CO3溶于DMF中，在160℃下加热回流，反应一段时间后，加入一定量甲苯，继续反应一段时间后，倒入甲醇中沉降，过滤后，得到黄绿色固体，在热水中回流蒸煮12h，然后真空烘箱中80℃干燥24h待用；低温法：氮气氛围中，取一定比例的TTSBI、TFTPN、无水K2CO3以及18冠醚‑6溶于DMF中，在65℃下加热反应72h后，沉降于大量去离子水中，过滤，干燥真空烘箱中120℃干燥24h待用；c.过渡层涂层：取一定量预制备的中间过渡层的聚合物溶于一定溶剂中配置浓度在0.1‑10wt％之间的过渡层预涂液，在已制备好的膜N2通量1000‑500000GPU的聚合物多孔底膜的基础上，涂敷过渡层预涂液1到2次，在常温烘干后，放入烘箱中100℃干燥固化1h后，存放在水中待用；d.PIM‑1复合膜制备：取一定量PIM‑1聚合物溶解到有机极性溶剂中配置浓度在0.1‑10wt％之间的涂层溶液，静置5‑6h待用，然后取出预涂层处理后的聚合物多孔底膜，使用小型涂层机涂膜，涂层完成后，在空气中放置半个小时，然后放入烘箱80℃烘干5h待用；e.膜的保存：膜存放在干燥器中常温下保存。