[发明专利]一种包含纳米SiO2粒子的气体分离杂化膜制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机纳米粒子的合成、膜的制备以及气体分离技术领域，尤其涉及一种包含纳米SiO₂粒子的气体分离杂化膜及其制备方法。

背景技术

CO₂的捕获、分离及脱除是环境保护、能源高效利用、石油化学工业节能增效等领域中的重要过程技术。因此高效CO₂分离及脱除技术的开发对实现社会和经济的可持续发展具有重要的意义。

与传统的化学吸收、变压吸附等分离技术相比，膜法CO₂分离技术具有投资省、能耗低、操作简便等特点。高分子膜具有较好的分离选择性，目前仍是最有使用价值的CO₂分离膜，但主要缺点是存在CO₂塑化及物理老化问题。

有机/无机杂化是改善高分子膜CO₂渗透选择性及抗塑化与物理老化问题的有效方法之一。纳米SiO₂具有特殊的结构和性质，一方面硅和氧是同族元素，Si=O键和C=O键结构相似，符合膜材料选择的相似相容原则；另一方面，纳米SiO₂具有多孔结构，能够吸附更多的CO₂分子。本发明通过微乳液及其聚合法制备包含有纳米SiO₂粒子的气体分离杂化膜，表现出较好的分离性能。

发明内容

本发明提供了一种纳米SiO₂粒子及包含纳米SiO₂粒子杂化膜的制备方法，依此方法可在一定程度上按需调控膜的结构，制备出性能较好的CO₂分离膜。

一种纳米SiO₂粒子及包含SiO₂的杂化气体分离膜的制备方法，包括以下步骤：

(a) 将聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯两亲嵌段共聚物溶解于油相介质中，超声条件下加入氨水溶液制得反相微乳液A；

(b) 超声条件下将硅源加入到微乳液A中，通过硅酸酯的水解反应得到包含纳米SiO₂的反相微乳液B；

(c) 将引发剂偶氮二异丁腈加入反相微乳液B中，在60℃的水浴中搅拌使其发生微乳液聚合反应；当微乳液聚合体系粘度达到50mPa.s后停止加热和搅拌，静止脱泡，获得乳胶状的铸膜液；

(d) 室温条件下将铸膜液均匀的涂覆在多孔支撑膜上，然后将其放入75℃的干燥箱中继续反应，干燥，制得厚度为5-20微米的包含有纳米SiO₂粒子的杂化膜。

所述的方法，所述的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯两亲嵌段共聚物为商品牌号Pluronic的嵌段共聚物，平均分子量为1000-15000。

所述的方法，所述的油相介质为苯乙烯与丙烯酰胺或苯乙烯与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的混合物。

所述的方法，所述的硅源为正硅酸乙酯、正硅酸丁酯中的一种。

所述的方法，所述步骤(a)，反相微乳液A中聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯两亲嵌段共聚物与油相介质的质量体积比为50-500g/L；氨与油相介质的质量体积比为5×10^-4-5×10^-2g/L；水与油相介质的质量体积比为10^-4-10^-2 g/L。

所述的方法，所述步骤(b)，反相微乳液B中硅源与油相介质的质量体积比为20-200g/L。

本发明以聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯两亲嵌段共聚物作乳化剂，苯乙烯与丙烯酰胺或苯乙烯与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的混合物为油相介质，正硅酸乙酯、或正硅酸丁酯中的一种为硅源，氨水为水解催化剂，采用反相微乳液法制备纳米SiO₂粒子；通过微乳液聚合获得包含有SiO₂纳米粒子的铸膜液；将包含有SiO₂纳米粒子的铸膜液均匀地涂覆在多孔支撑膜上；再将涂有铸膜液的多孔支撑膜放入干燥箱中让铸膜液继续反应、干燥，即制得一定厚度的包含纳米SiO₂粒子的杂化膜。

采用本发明的制备方法可以简便地通过改变反相微乳液的组成来调控SiO₂纳米粒子的形貌，进而调控杂化膜的结构和性能，从而得到不同结构和性能的杂化膜。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1