[发明专利]交联聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物膜及制备和应用

说明书

技术领域

 本发明涉及一种交联聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物膜及制备方法及应用，属于气体分离膜技术领域。

背景技术

经济的飞速发展给人们带来便利的同时也给环境带来了巨大的压力，煤、石油和天然气等是现今能源消耗的主要对象，其燃烧尾气排放的CO₂，占全球CO₂排放总量的80％以上，另外，天然气中含有的酸性气体CO₂，不但会降低天然气的热值，增加气体运输设备的负荷，还会腐蚀气体运输管道。因此，从混合气中分离CO₂是天然气纯化的一个重要的加工处理过程。目前用于CO₂分离的方法主要有化学吸收法、变压吸附法和深冷分离法。相对于其它分离方法，气体膜分离法具有分离效率高、低能耗、无相变、易操作、设备简单轻便，易放大生产和运行可靠性高等优点，非常适合CO₂气体的捕集与分离，具有广阔的研究和应用前景。

评价气体分离膜的好坏主要有3个参数：渗透系数、选择性和膜的稳定性。为了维持膜性能的稳定性，一般而言，都要对聚合物膜进行交联。交联作用常常是借助于化学反应来实现，在反应中链型分子彼此以共价键连结在一起，或较强的次级键，如氢键，它们部分地起到与共价键交联具有相似特征的物理交联作用。为了从根本上解决膜的稳定性的问题，控制膜溶胀的发生，就必须引入真正的化学键交联，用化学键交联使线形聚合物转变为空间网状聚合物。只有这样，才能显著地提高膜的稳定性。对于气体分离膜而言，提高分离性能的方法之一是对膜进行交联，交联使膜结构分子尺寸变小，气体的渗透性有所下降，却有助于分离选择性的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供交联聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物膜及制备方法及应用。该交联聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物膜，用于分离CO₂/CH₄混合物，在原料气和吹扫气加湿条件下，具有较好的气体分离效果，其制备方法过程简单。

本发明是通过如下技术方案实现的，一种交联聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物膜，其特征在于，该交联聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物膜厚度80-130 μm，其中聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物是由质量分数为55-60%聚氧乙烯链段和质量分数为40-45%聚己内酰胺链段共聚组成。

上述交联聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物膜的制备方法，其特征在于包括以下过程：

1. 将聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物加入质量分数为70%的乙醇水溶液中，配成质量分数为2-8%的溶液，在温度80℃下，回流加热搅拌2 h，使其完全溶解，将其倒在干净的玻璃板上流延，于室温下晾干，然后放入真空烘箱中去除残留的溶剂，得到聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物膜；

2. 将2，4-甲苯二异氰酸酯加入正己烷中，配制体积分数为1-5%的交联剂溶液；

3. 将步骤1所得的聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物膜浸泡在步骤2中所得的交联剂溶液中，并放在摇床振动浸渍，控制交联反应时间为5-600 min，之后用去离子水反复冲洗至洗涤液中无交联剂溶液，将膜再泡于去离子水中后取出，放于真空箱中干燥48 h得到交联聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物膜。

上述方法制备的交联聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物膜的应用，用于分离CO₂/CH₄混合物，湿态条件下测试其通量为100-550 barrer（1 barrer = 10^-10 cm³ cm / cm² s cmHg），CO₂/CH₄选择性为15-35。

本发明的优点在于：交联聚氧乙烯-聚己内酰胺嵌段共聚物膜在室温下进行反应，反应速度快，无需添加催化剂，交联效果明显，配方简单，易于操作。另外，此种方法制备的交联膜提高了膜的耐水性、机械稳定性和热稳定性，使用寿命长，且适用于在含水湿态条件下分离CO₂，并表现出较好的分离效果。

具体实施方式

实施例1：