[发明专利]聚酰亚胺-光敏钴有机骨架杂化膜制备与气体分离应用

说明书

本发明公开了一种聚酰亚胺‑光敏钴有机骨架杂化膜制备与气体分离应用。所制备杂化膜由聚酰亚胺和光敏钴有机骨架组成。其制备过程包括：通过Co(NO₃)₂.6H₂O，4，4偶氮吡啶和L‑苹果酸用微波反应法制备得到光敏钴有机骨架。光敏钴有机骨架与聚酰亚胺溶液共混制备铸膜液，经过流延法制得杂化膜。本发明的优点在于：杂化膜的原料易得，制备过程简单可控，所制得的杂化膜用于CO₂/N₂和SO₂/N₂气体分离，具有优异的分离性能。特别是SO₂/N₂分离体系，SO₂纯气渗透性可达67barrer，SO₂/N₂选择性为394。

技术领域

本发明涉及一种聚酰亚胺-光敏钴有机骨架杂化膜制备与气体分离应用，属于气体膜分离技术领域。

背景技术

工业化以来，石油、煤碳等化石燃料为人类经济发展提供了能源保障，然而人类在使用这些化石燃料的同时也造成了一系列的环境问题。燃煤是大气污染的重要来源。燃煤时释放出大量SO₂和CO₂等有害气体，形成酸雨和温室效应，引起全球气候的灾难性变化。因此SO₂和CO₂的捕集与回收迫在眉睫。膜法具有选择性强、分离效率高、能耗低、操作简单，无二次污染等优点，已成为最具前景的烟道气中低浓度SO₂和CO₂分离方法之一。传统高分子材料具有良好的成膜性能和低成本特点，是膜材料的主体。但是高分子膜中存在一个普遍现象是膜的选择性和渗透性存在相互制约的关系，即膜的选择性增高，渗透性会降低，反之，渗透性提高而选择性降低。选择性和渗透性之间相互制约的关系为trade-off效应。因此新型膜材料的开发势在必行。高分子-无机杂化膜在连续的高分子基质中引入无机颗粒，调控膜内微观结构，增强膜的机械强度，提高膜的热稳定性，改善膜的渗透性与选择性。杂化膜无论从膜材料的选择还是膜结构的调控，都极大丰富了膜的种类。

光敏钴有机骨架是一种具有规则通道结构，高比表面积，高空隙率的纳米颗粒。光敏钴有机骨架具有偶氮吡啶基团，其中-N＝N-双键为Lewis碱，而SO₂，CO₂等酸性气体为Lewis酸，它们之间有较强的亲和作用，从而促进酸性气体的传递。-N＝N-双键具有光响应特性，在吸收一定波长的紫外光后可发生顺反式异构体转变。这种顺反式转变使光敏钴有机骨架的通道结构发生变化。光敏钴有机骨架的高孔隙率有利于提高CO₂的渗透选择性。光敏钴有机骨架一方面具有光活性的偶氮基团，可发生光异构化，一方面具有含有孤对电子的N原子，可作为CO₂和SO₂的传递位点。到目前为止，聚酰亚胺-光敏钴有机骨架杂化膜的制备和应用于气体分离均未见文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚酰亚胺-光敏钴有机骨架杂化膜制备与气体分离应用。本发明提供的制备方法简单易操作，绿色环保。以此方法制备的聚酰亚胺-光敏钴有机骨架杂化膜用于CO₂/N₂和SO₂/N₂气体分离，具有较高的SO₂渗透速率和良好的分离性能。

本发明一种聚酰亚胺-光敏钴有机骨架杂化膜，该聚酰亚胺-光敏钴有机骨架杂化膜厚度为70～80μm，由聚酰亚胺与光敏钴有机骨架构成，光敏钴有机骨架粒径2-5μm，其中聚酰亚胺与光敏钴有机骨架的质量比为(0.75～0.95)∶(0.25～0.05)。

本发明聚酰亚胺-光敏钴有机骨架杂化膜的制备包括以下过程：