[发明专利]一种聚醋酸乙烯酯与聚醚-b-聚酰胺共混膜、其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及气体分离膜技术领域，具体涉及一种聚醋酸乙烯酯与聚醚-b-聚酰胺共混膜及其制备和应用。

背景技术

随着全球工业化的发展，CO₂的排放量逐年增大，造成的温室效应以及进而带来的环境问题也日趋严重，CO₂的捕集和封存（CCS）受到各界人士的广泛关注。CCS过程包括从气源处进行CO₂的捕集、CO₂的运输以及CO₂的封存，其中捕集能耗占CCS全环节能耗的2/3左右，是制约CCS发展的瓶颈，因此发展新型高效CO₂捕集技术是CCS发展的关键。

目前，用于CO₂气体分离的传统方法主要有物理吸收法、化学吸收法、变压吸附法和低温冷凝法等。化学吸收去除程度高，应用广泛，可用于CO₂分压较低的混合气的处理，但是化学吸收的设备庞大，能耗高，工艺复杂，腐蚀设备管道性，吸收剂毒性大，易降解且损耗大；物理吸附法要求CO₂分压较高，去除程度却不高，而变压吸附的吸附容量有限，预处理要求高，两种方法主要应用于合成氨变换气和炼厂气；始于20世纪后半期的气体膜分离技术具有能耗低、使用方便、操作弹性大等特点，运行可靠性高，处理时不会出现高温或其它极端情况，是世界各国特别关注的高新科技领域中研究开发的重点之一。

工业上最常使用的CO₂分离膜是高分子聚合物膜，但由于其材料自身性质的影响，气体在聚合物膜中的透气性和选择性存在上限，即透气性大的，选择性小，反之亦然。因此，开发同时具有较大气体渗透系数和较高选择性的膜材料成为了该领域的研究目标。聚醋酸乙烯酯（PVAc）被认为是到目前为止所发现的亲CO₂性最强的只含有C，H，O的聚合物，它结构中的亲CO₂官能团醋酸酯基有助于CO₂气体在其中的溶解，提高了CO₂的溶解选择性。从这一角度来说，PVAc可以作为分离CO₂的膜材料，但是它的机械强度低，不能单独用于膜制备领域。选择一种合适的膜材料与之共混是将其用于膜分离领域的比较简单经济的方法之一。聚醚-b-聚酰胺（Pebax）是一种已经商业化了的含有醚氧基团的嵌段共聚物，它不仅有很好的成膜性，还有很好的耐酸、碱和有机溶剂性，并且有很高的热稳定和机械稳定性。所以，研究PVAc与Pebax共混的方法，对于制备高性能CO₂分离膜，提高CO₂分离效率，具有很强的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚醋酸乙烯酯与聚醚-b-聚酰胺共混膜、其制备和应用；该共混膜是一种使CO₂、H₂S和SO₂相比于其他气体（O₂、N₂和CH₄等）可优先渗透的分离膜，并对CO₂/N₂、SO₂/N₂、H₂S/CH₄、CO₂/CH₄等体系保持较高的分离性能。

本发明提供了一种聚醋酸乙烯酯与聚醚-b-聚酰胺共混膜，该共混膜的膜材料为聚醋酸乙烯酯（PVAc）和聚醚-b-聚酰胺（Pebax），其中聚醋酸乙烯酯在共混膜中的质量分数为0.01%～99%（优选为5%～50%），其余为聚醚-b-聚酰胺。

本发明提供的聚醋酸乙烯酯与聚醚-b-聚酰胺共混膜，所述聚醋酸乙烯酯（PVAc）的结构式为：

其分子量范围980～585,000。

本发明提供的聚醋酸乙烯酯与聚醚-b-聚酰胺共混膜，所述聚醚-b-聚酰胺（Pebax）为嵌段共聚物，其结构式为：

其中，PA为酰胺链段，PE为聚醚链段；共聚物的分子量决定于共聚物分子中PA和PE的含量，共聚物分子中PA链段的分子量范围300～15000，共聚物分子中PE链段的分子量范围200～6000。

本发明提供的聚醋酸乙烯酯与聚醚-b-聚酰胺共混膜，所述PA链段为尼龙-6(PA6)、尼龙-11(PA11)或尼龙-12(PA12)；PE链段为聚环氧乙烷(PEO）、聚环氧丙烷（PPO）或聚环氧丁烷(PTMO)。