[发明专利]用于制备二氧化碳分离复合膜的水解度为40~70 %聚乙烯基胺的制备方法

说明书

本发明涉及用于制备二氧化碳分离复合膜的水解度为40～70％聚乙烯基胺的制备方法，将聚N‑乙烯基甲酰胺(PNVF)配置成溶液，然后向溶液中加入盐酸至反应溶液中的盐酸浓度为8～12wt％；搅拌并在N₂保护下65～75℃恒温水解，得到PVAm·HCl；将PVAm·HCl溶液加入到过量的乙醇中析出，得到白色PVAm·HCl固体；将所得到的PVAm·HCl固体在去离子水中溶解；向溶液中加入过量的阴离子交换树脂并搅拌至溶液pH为12.0～13.0，抽滤后得到水解度为40～70％的PVAm水溶液。刮涂于超滤膜表面得到CO₂分离膜。所制膜均具有良好的CO₂渗透速率以及分离因子。具有较强的应用前景。

技术领域

本发明属于气体分离膜材料制备领域；涉及一种合成水解度为40～70％的聚乙烯基胺以制备高性能二氧化碳分离复合膜；通过综合调控基团，优化分离膜关键材料制备工艺，获得具有水解度为40～70％的关键材料聚乙烯基胺。特别是涉及具有极佳二氧化碳渗透选择性能的水解度为40～70％的聚乙烯基胺分离膜。

背景技术

随着经济全球化的发展，环境问题和能源问题已经成为经济发展中亟须解决的问题。煤、石油等传统化石能源的燃烧带来了严重的环境污染问题。CO₂的大量排放造成全球温室效应，导致全球气温上升，生态系统遭到破坏，严重威胁到地球生命的生存。因此，CO₂减排成为全球性的重大课题^[1]。目前常见的CO₂分离技术包括深冷分离法、吸附法、吸收法和膜分离法。膜分离法具有固定投资少、操作简单、能耗低以及占地面积小等优点，在CO₂分离领域具有良好的发展前景^[2]。目前用于气体分离的聚合物膜具有良好的机械稳定性、易于放大以及廉价易得等优点，受到了研究者们的广泛关注^[3]。

CO₂分离膜的分离机制包括分子筛分、扩散选择、溶解选择、反应选择或多种机制共同作用^[3]。其中，反应选择膜，也被称为促进传递膜，是一种具备高渗透选择性的膜。这种分离膜应富含对CO₂有较高吸附选择性的载体(如吡啶基、胺基和羧酸根等碱性基团)^[4]，可以通过待分离组分与载体之间的可逆化学反应，实现CO₂高渗透速率和高选择性分离。同时，这种分离膜还应具有疏松、柔韧且结晶性低的聚合链。除此之外，反应选择膜还应在静电力或共价键等作用下，将载体固定在膜中。

聚乙烯基胺(PVAm)是一种具有CO₂促进传递作用的高分子聚合物，是一种性能优异的反应选择膜材料。该聚合物含有大量氨基，在水分子的参与下能够与CO₂分子发生可逆反应，所制成的膜具有较高的渗透选择性能^[5]。目前，商品化PVAm主要用于增强纸力、助滤、助留和定着效果以及作为絮凝剂使液体澄清。这种PVAm主要以碱性水解的方法制备，其水解度很高，分子链段中存在大量氨基，导致PVAm链段氢键作用力过强，结晶度很高。利用这种方法制备的PVAm作为CO₂分离膜材料的成膜性差、渗透选择性能低，限制了其在CO₂分离膜领域的应用。