一種含poss的橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于氣體膜分離技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于氣體分離的含P0SS的橡膠態(tài)復(fù) 合膜、制備方法和應(yīng)用，特別涉及一種適用于氮氣和二氧化碳，氫氣和二氧化碳分離回收 復(fù)合膜、制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 由研究和統(tǒng)計表明，化石燃料燃燒排放出的二氧化碳導(dǎo)致了氣候的變暖，加劇溫 室效應(yīng)，同時二氧化碳可以作為一種潛在的"碳資源"加以利用。因此二氧化碳的減排和捕 獲是當(dāng)前全球面臨的最嚴峻的挑戰(zhàn)之一，在最近幾年成為了科研和工程研究的熱點。因此， 開發(fā)可行、高效低能耗的二氧化碳分離回收技術(shù)，有著極其重要的意義。與傳統(tǒng)的氣體分離 方法如化學(xué)吸收法、深冷吸附法和低溫蒸餾法相比，膜法氣體分離技術(shù)具有分離效率高、運 行能耗低、操作簡便、投資較少等優(yōu)點。在聚合物分子鏈段中引入可以與C0 2分子相互作用 的功能基團以提高C02與膜材料的相親性，是一種有效提高膜材料C0 2滲透系數(shù)的方法。
[0003] 促進傳遞膜是在膜內(nèi)引入活性載體，通過載體與進入膜內(nèi)的透過組分發(fā)生可逆 相互作用形成中間態(tài)化合物，此中間態(tài)化合物比單獨的透過組分更容易在膜內(nèi)發(fā)生定向 迀移，從而強化了透過組分在膜內(nèi)的傳遞。由于P0SS直徑1.5-3 nm，立體對稱并且無機有 機雜化，多種官能團，具有優(yōu)異的化學(xué)活性和有機物的兼容性，可以在三維結(jié)構(gòu)上進行納米 尺度的組裝，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分散ΡΕ0晶體由于分子體積巨大，能增加自由體積，并且能為 分子擴散提供通道。而且由于Si-0- Si鍵的鍵長、鍵角均比C一C一C和C一0- C大， 因此非鍵合原子之間的距離增大，分子間相互作用力削弱，因而P0SS的加入能提高氣體滲 透性能。兩個對立面的硅原子的距離為〇.44nm，遠大于C0 2的動力學(xué)直徑（0.3nm)。引入 了 P0SS納米顆粒，并參與交聯(lián)反應(yīng)，制備了一種含P0SS橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有方法制備的氣體分離膜存在對〇)2滲透性能低的問 題，而提供一種含P0SS的橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離膜及其制備方法。
[0005] 為實現(xiàn)本發(fā)明目的，提供了以下技術(shù)方案：一種含P0SS的橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離 膜，以交聯(lián)聚氧化乙烯為基體，其特征在于氣體分離膜含有無機納米粒子P0SS，所用基體由 端環(huán)氧基聚氧化乙烯和端氨基聚氧化乙烯交聯(lián)制備而成。
[0006] -種含P0SS的橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離膜的制備方法，具體是按以下步驟進行： (1) 基體的制備：端環(huán)氧基聚氧化乙烯和端氨基聚氧化乙烯的物質(zhì)的量之比為 (1-2. 5) : 1 ； (2) 在配制好的基體內(nèi)加入1 wt% ~ 4 wt%的P0SS，并加入一定量的乙醇，形成10 wt% 的均一溶液，在80°C下加熱4h，然后將混合液體倒入放入烘箱中，先升溫至30°C，并在溫度 為30°C下保溫24h，然后升溫至40°C，并在溫度為40°C保溫48h，得到氣體分離膜；即得一 種含P0SS的橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離膜。
[0007] 所述P0SS的分子量為1173g/mol ; 所述橡膠態(tài)基體為交聯(lián)聚氧化乙烯，交聯(lián)物為端環(huán)氧基聚氧化乙烯和端氨基聚氧化乙 烯，分子量為 200-10000g/mol ; 端環(huán)氧基聚氧化乙烯的結(jié)構(gòu)式為：
[0008] 所述溶劑為乙醇。
[0009] 所述的一種含P0SS橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離膜膜厚為150-300 μ m。
[0010] 本發(fā)明有益效果：本發(fā)明制備的氣體分離膜對〇)2滲透性能Pea,為159Barrer~385 Barrer. (1 Barrer = 1 X 10 10cm3 (STP) cm /cm2· s. cmHg)〇
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明差示掃描量熱（DSC)測試曲線。
【具體實施方式】
[0012] 實施例1 : 本實施方式是一種含P0SS的橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離膜的制備方法，具體是按以下步驟 進行： (1) 基體的制備：將1. 92 g端環(huán)氧基聚氧化乙烯（PE0-500)與1. 08 g端氨基聚氧化 乙烯（PE0-600)進行攪拌混合，攪拌混合3h，得到混合液體； (2) 在配制好的基體內(nèi)加入1 wt%的POSS，并加入30mL乙醇，形成10 wt%的均一溶 液，在80°C下加熱4h。然后將混合液體倒入放入烘箱中，先升溫至30°C，并在溫度為30°C下 保溫24h，然后升溫至40°C，并在溫度為40°C保溫48h，得到氣體分離膜；即得一種含POSS 橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離膜。
[0013] 實施例2: (1) 基體的制備：將1. 92 g端環(huán)氧基聚氧化乙烯（PE0-500)與1. 08 g端氨基聚氧化 乙烯（PE0-600)進行攪拌混合，攪拌混合3h，得到混合液體； (2) 在配制好的基體內(nèi)加入2 wt%的P0SS，并加入30mL乙醇，形成10 wt%的均一溶 液，在80°C下加熱4h。然后將混合液體倒入放入烘箱中，先升溫至30°C，并在溫度為30°C下 保溫24h，然后升溫至40°C，并在溫度為40°C保溫48h，得到氣體分離膜；即得一種含P0SS 的橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離膜。
[0014] 實施例3 : (1) 基體的制備：將1. 92 g端環(huán)氧基聚氧化乙烯（PE0-500)與1. 08 g端氨基聚氧化 乙烯（PE0-600)進行攪拌混合，攪拌混合3h，得到混合液體； (2) 在配制好的基體內(nèi)加入3 wt%的P0SS，并加入30mL乙醇，形成10 wt%的均一溶 液，在80°C下加熱4h。然后將混合液體倒入放入烘箱中，先升溫至30°C，并在溫度為30°C下 保溫24h，然后升溫至40°C，并在溫度為40°C保溫48h，得到氣體分離膜；即得一種含P0SS 橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離膜。
[0015] 實施例4: (1) 基體的制備：將1. 92 g端環(huán)氧基聚氧化乙烯（PE0-500)與1. 08 g端氨基聚氧化 乙烯（PE0-600)進行攪拌混合，攪拌混合3h，得到混合液體； (2) 在配制好的基體內(nèi)加入4 wt%的P0SS，并加入30mL乙醇，形成10 wt%的均一溶 液，在80°C下加熱4h。然后將混合液體倒入放入烘箱中，先升溫至30°C，并在溫度為30°C下 保溫24h，然后升溫至40°C，并在溫度為40°C保溫48h，得到氣體分離膜；即得一種含P0SS 橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離膜。
[0016] 實施例5 :參照實施例1~4之一，其他參數(shù)不變，端環(huán)氧基聚氧化乙烯（PE0-500)、 端氨基聚氧化乙?。≒E0-600)均為為1. 92 g。
[0017] 實施例6 :參照實施例1~4之一，其他參數(shù)不變，端環(huán)氧基聚氧化乙烯（PE0-500) 為1. 92 g，端氨基聚氧化乙烯（PE0-600)為0· 768 g。
[0018] 上述實施例的端環(huán)氧基聚氧化乙烯（PE0-526)、端氨基聚氧化乙烯（PE0-600)和 聚氧化乙稀購自美國Sigma-Aldrich公司，P0SS購自美國Hybrid plastics公司。
[0019] 將上述制備的每種橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離膜從玻璃板上取下來，并在真空烘箱內(nèi) 70°C干燥48h。這樣得到的膜厚度為150-300 μπι，對每種膜分別測試其在0. 35 MPa及35°C 下H2、C02、隊和CH40種純氣體的滲透性能。四種氣體的滲透性能以及由純組分滲透性比 計算得到的選擇性列于表1中。
[0020] 圖1是實施例1-4制備一種含P0SS的橡膠態(tài)氣體分離膜的差示掃描量熱（DSC) 測試曲線，從圖中可以看出在-46°C左右出現(xiàn)了一個吸熱峰，這個峰對應(yīng)的是PEO交聯(lián)膜的 玻璃化轉(zhuǎn)變。而在測試溫度范圍內(nèi)，沒有出現(xiàn)結(jié)晶放熱峰，因此可以說明得到的氣體分離膜 是一種橡膠態(tài)氣體分離膜。
【主權(quán)項】
1. 一種含POSS的橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離膜，w交聯(lián)聚氧化乙締為基體，其特征在于氣體 分離膜含有無機納米粒子P0SS，所用基體由端環(huán)氧基聚氧化乙締和端氨基聚氧化乙締交聯(lián) 制備而成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含P0SS的橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離膜，其特征在于分離膜應(yīng) 用于分離二氧化碳一氨氣、二氧化碳一氮氣。3. -種如權(quán)利要求1所述的含P0SS橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離膜的制備方法，其特征在于包 括如下步驟： (1) 基體的制備：端環(huán)氧基聚氧化乙締和端氨基聚氧化乙締的物質(zhì)的量之比為 (1-2. 5) :1 ； (2) 在配制好的基體內(nèi)加入1wt% - 4wt%的P0SS，并加入一定量的乙醇，形成10wt% 的均一溶液，在80°C下加熱地，然后將混合液體倒入放入烘箱中，先升溫至30°C，并在溫度 為30°C下保溫2地，然后升溫至40°C，并在溫度為40°C保溫4她，得到氣體分離膜；即得一 種含P0SS橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離膜。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含P0SS橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離膜的制備方法，其特征在于 端環(huán)氧基聚氧化乙締和端氨基聚氧化乙締的分子量為200~lOOOOg/mol，端環(huán)氧基聚氧化 乙締的結(jié)構(gòu)式為：氨基P0SS的分子量為1173g/mol，結(jié)構(gòu)為：5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含POSS橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離膜的制備方法，其特征在于 步驟（2)中所述溶液的溶劑為乙醇。
【專利摘要】一種含POSS的橡膠態(tài)復(fù)合氣體分離膜及其制備方法，涉及氣體分離應(yīng)用領(lǐng)域。所述的POSS為八氨基八硅倍半氧烷的納米粒子，同時其與由端環(huán)氧基聚氧化乙烯和端氨基聚氧化乙烯交聯(lián)而成的橡膠態(tài)材料進行復(fù)合，制備成一種含有納米粒子的氣體分離膜。其制備方法是將端環(huán)氧基聚氧化乙烯和端氨基聚氧化乙烯在乙醇中攪拌混合，同時加入POSS；將混合溶液加熱攪拌4小時，形成的均一液體，然后倒入由鋼圈和玻璃板制備的容器內(nèi)，放入烘箱中逐漸加熱至特定溫度范圍進行固化，得到氣體分離膜。本發(fā)明所述復(fù)合膜可應(yīng)用于分離二氧化碳—氫氣，二氧化碳—氮氣。
【IPC分類】B01D71/38, B01D71/58, B01D69/02, B01D67/00, B01D71/82, B01D53/22
【公開號】CN105233715
【申請?zhí)枴緾N201510500346
【發(fā)明人】邵路, 李松偉
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)宜興環(huán)保研究院
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年8月16日