本發(fā)明屬于分離膜及其制備領域，尤其涉及一種具有表面功能層的嵌段聚合物氣體分離膜及其制備方法。
背景技術：
1、天然氣的主要成分是甲烷，作為一種清潔且高效的能源，天然氣在全球能源結構中占據重要地位。天然氣在開采、運輸和利用過程中會伴生多種雜質氣體，如二氧化碳、氮氣和硫化氫等，這些雜質不僅降低了天然氣的燃燒熱值，還對輸送管道和設備造成腐蝕。因此，天然氣的純化過程至關重要。
2、傳統的天然氣純化方法主要包括吸附法、吸收法和低溫分離法等。雖然這些方法能有效去除雜質，但存在能耗高、成本高、設備復雜等問題。相比之下，膜分離技術由于其能耗低、操作簡便、設備緊湊等優(yōu)勢，在氣體分離領域得到了廣泛關注和應用。氣體分離膜作為膜分離技術的核心，在甲烷與其他雜質氣體的分離中具有重要作用。
3、近年來，嵌段聚合物氣體分離膜因其優(yōu)良的分離性能和較高的化學穩(wěn)定性，成為研究的熱點。單純的嵌段聚合物膜在使用過程中可能會由于聚合物鏈段的移動而導致膜的性能下降，特別是在甲烷氣體分離中，如何提高膜的選擇性和穩(wěn)定性是一個亟待解決的問題。當前存在的問題包括：選擇性與滲透性之間的權衡，傳統膜材料在提高選擇性的同時，通常會降低滲透性，導致整體分離效率下降；膜材料的穩(wěn)定性，聚合物膜在長期使用中容易發(fā)生老化、變形或溶脹，導致分離性能下降；械強度和耐用性，膜在實際應用中需要承受一定的壓力，因此膜材料的機械強度和耐用性也是關鍵因素。
技術實現思路
1、本發(fā)明旨在克服現有技術的不足之處而提供一種環(huán)境友好、厚度薄、機械強度好、穩(wěn)定性強、氣體滲透通量高且氣體分離選擇性理想，易于實現規(guī)?；a的具有表面功能層的嵌段聚合物氣體分離膜及其制備方法。
2、為解決上述技術問題，本發(fā)明是這樣實現的：
3、一種具有表面功能層的嵌段聚合物氣體分離膜，該分離膜依次包括嵌段聚合物層、改性過渡層和表面功能層，三種膜層通過化學鍵有機結合形成整體；所述嵌段聚合物層為分離膜的主體，改性過渡層發(fā)揮化學橋聯作用，表面功能層在改性過渡層基礎上由原位合成的納米級無機粒子組成。
4、上述具有表面功能層的嵌段聚合物氣體分離膜的制備方法，包括如下步驟：
5、（1）嵌段聚合物層的制備，基于嵌段聚合物，利用熔融擠出法或者溶液流延法制備一定厚度的嵌段聚合物層；
6、（2）膜層的表面化學改性，將步驟（1）所述嵌段聚合物層在多巴胺堿性溶液中進行化學改性，形成改性過渡層；
7、（3）原位制備表面功能層，將步驟（2）所得改性過渡層置于前驅體溶液中，利用水熱法在膜表合成無機功能層，即得目的產物嵌段聚合物氣體分離膜。
8、進一步地，所述嵌段聚合物層由苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段聚合物構成，制備方法為溶液流延法或者熔融擠出法，其層厚度范圍為5～60μm。
9、進一步地，所述改性過渡層由聚多巴胺組成，通過多巴胺鹽酸鹽在堿性條件下氧化自聚獲得，其層厚度為0.1～0.5μm。
10、進一步地，所述表面功能層為無機粒子原位生長后自組裝而成的膜層，其層厚度為0.3～3μm，其材質為沸石材料或金屬有機框架材料。
11、進一步地，該嵌段聚合物氣體分離膜的整體厚度為5～100μm，機械強度＞20mpa。
12、進一步地，步驟（1）中，所述熔融擠出法采用雙螺桿擠出機完成，擠出溫度為80～150oc。
13、進一步地，步驟（1）中，所述溶液流延法的溶液質量濃度為5～30%，溶劑為乙醇和四氫呋喃的混合溶劑。
14、進一步地，步驟（2）中，所述多巴胺堿性溶液的ph為6～9，氧化自聚時間為1～5h。
15、進一步地，該嵌段聚合物氣體分離膜的拉伸強度為22～29mpa；分離等體積甲烷與氮氣混合氣體，膜的甲烷滲透通量為86～218?barrer；甲烷與氮氣分離選擇性為3～4。
16、本發(fā)明制備的分離膜厚度較薄、機械強度好，與傳統方法制備的純嵌段聚合物膜相比，本發(fā)明分離膜的氣體滲透通量更高、氣體分離選擇性更高，在甲烷氣體分離領域應用潛力較大。同時，本發(fā)明的制備技術工藝簡單易行，環(huán)境友好，易于實現規(guī)?；a。根據上述方法得到的具有表面功能層的嵌段聚合物氣體分離膜厚度更薄、機械強度更高、表面無缺陷，顯示出較高氣體滲透通量和分離因數，同時具有較低的材料成本，對于推進甲烷氣體分離復合膜的產業(yè)化應用具有顯著的促進作用。本發(fā)明嵌段聚合物氣體分離膜的制備方法工藝簡單，無需特殊設備，也可以推廣到其他類氣體分離膜的制備。
1.一種具有表面功能層的嵌段聚合物氣體分離膜，其特征在于，該分離膜依次包括嵌段聚合物層、改性過渡層和表面功能層，三種膜層有機結合形成整體；所述嵌段聚合物層為分離膜的主體，改性過渡層發(fā)揮化學橋聯作用，表面功能層在改性過渡層基礎上由原位合成的納米級無機粒子組成。
2.根據權利要求1所述具有表面功能層的嵌段聚合物氣體分離膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
3.根據權利要求2所述具有表面功能層的嵌段聚合物氣體分離膜的制備方法，其特征在于：所述嵌段聚合物層由苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段聚合物構成，制備方法為溶液流延法或者熔融擠出法，其層厚度范圍為5～60μm。
4.根據權利要求3所述具有表面功能層的嵌段聚合物氣體分離膜的制備方法，其特征在于：所述改性過渡層由聚多巴胺組成，通過多巴胺鹽酸鹽在堿性條件下氧化自聚獲得，其層厚度為0.1～0.5μm。
5.根據權利要求4所述具有表面功能層的嵌段聚合物氣體分離膜的制備方法，其特征在于：所述表面功能層為無機粒子原位生長后自組裝而成的膜層，其層厚度為0.3～3μm，其材質為沸石材料或金屬有機框架材料。
6.根據權利要求5所述具有表面功能層的嵌段聚合物氣體分離膜的制備方法，其特征在于：該嵌段聚合物氣體分離膜的整體厚度為5～100μm，機械強度＞20mpa。
7.根據權利要求2所述具有表面功能層的嵌段聚合物氣體分離膜的制備方法，其特征在于：步驟（1）中，所述熔融擠出法采用雙螺桿擠出機完成，擠出溫度為80～150oc。
8.根據權利要求2所述具有表面功能層的嵌段聚合物氣體分離膜的制備方法，其特征在于：步驟（1）中，所述溶液流延法的溶液質量濃度為5～30%，溶劑為乙醇和四氫呋喃的混合溶劑。
9.根據權利要求2所述具有表面功能層的嵌段聚合物氣體分離膜的制備方法，其特征在于：步驟（2）中，所述多巴胺堿性溶液的ph為6～9，氧化自聚時間為1～5h。
10.根據權利要求1～9任一所述有表面功能層的嵌段聚合物氣體分離膜的制備方法，其特征在于：該嵌段聚合物氣體分離膜的拉伸強度為22～29mpa；分離等體積甲烷與氮氣混合氣體，膜的甲烷滲透通量為86～218?barrer；甲烷與氮氣分離選擇性為3～4。