[发明专利]一种氨基聚芳醚酮/氧化石墨烯复合材料的制备方法

说明书

本发明名称为一种氨基聚芳醚酮/氧化石墨烯复合材料的制备方法，本发明涉及一种混合基质气体分离膜材料及其制备方法，所述混合基质气体分离膜由二维层状材料氧化石墨烯和聚合物基体组成，填料为氧化石墨烯，聚合物基体为具有良好的热稳定性以及较强的机械强度的氨基聚芳醚酮。二维层状材料氧化石墨烯在混合基质气体分离膜材料中的质量百分数为1％～5％。将两者混合协同调节气体渗透性和选择性，使本发明制备的包含氨基聚芳醚酮/氧化石墨烯复合材料的新型混合基质气体分离膜具有较好的气体渗透性能和分离性能，且具有良好的热稳定性能和抗物理老化性能，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于高分子化学气体分离膜领域，具体涉及一种混合基质气体分离膜材料及其制备方法，所述混合基质气体分离膜材料为氨基聚芳醚酮/氧化石墨烯复合材料。

背景技术

CO₂作为一种温室气体，是化石燃烧的主要产物。温室气体大量排放所产生的温室效应，是自本世纪初人类面临的最大挑战。随着新化石燃料发电厂的发展，能源密集型产业的增长，二氧化碳排放量的进一步增加似乎是不可避免的。因此，碳捕获和封存(CCS)是许多国家和全球减排方案的重要组成部分。与传统气体分离工艺相比，膜分离工艺具有操作简单、占地面积小、成本低、可加工性强等优点，成为二氧化碳分离的理想方法。气体分离膜的渗透性和选择性是评价其综合性能的重要指标。然而，气体渗透性和选择性之间存在一种权衡，即随着渗透率的增加，选择性降低，这被研究人员称为罗伯逊上限。因此，制备同时具有高渗透性和高选择性的气体分离膜是研究人员不懈追求的目标。混合基质膜可以将聚合物基体和填料的优点结合起来，这是打破罗布森上限的一种经济有效的措施，在过去的二十年中，混合基质膜在CO₂分离中的应用引起了广泛的研究。主链上具有刚性苯环的玻璃态芳香族聚合物，因为其具有较高的选择性、力学性能、耐化学稳定性以及能够在高温下连续操作等特点，常常被用于分离膜材料。聚芳醚酮这类聚合物都具有良好的热稳定性以及较强的机械强度，因此功能化聚芳醚酮作为膜材料已经得到了广泛的关注。对此，本实验选用具有较高选择性的聚芳醚酮膜材料，并引入氨基（-NH₂），来提高聚合物膜的分离性能。但是芳香族聚合物膜的渗透性较低，实际生产效率不高。氧化石墨烯是石墨烯的衍生物，也是现今大热的新型材料。氧化石墨烯是在石墨烯片层的边缘及内部引入大量的含氧官能团而得到的新型功能材料，在氧化石墨烯的边缘主要含有羧基基团，片层内部主要含有羟基和环氧基等官能团。含氧官能团的引入一方面增加了石墨烯的层间距，使层间距由 0.34 nm增加到 1 nm 左右；另一方面这些含氧官能团的引入使氧化石墨烯在极性溶液中的分散性能良好。近年来，氧化石墨烯在气体分离领域的相关研究被陆续报道。因此，本实验制备了一种氨基聚芳醚酮/氧化石墨烯复合材料，制备了一种以氧化石墨烯为填料，氨基聚芳醚酮为膜基质的新型混合基质气体分离膜，进一步增加纯聚合物膜的选择性。

发明内容

本发明提供了一种包含氨基聚芳醚酮/氧化石墨烯复合材料的新型混合基质气体分离膜及其制备方法，该膜具有良好的气体分离性能。一种氨基聚芳醚酮/氧化石墨烯复合材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：采用重氮盐反应,还原氨化反应制备含有氨基的双酚单体（4-（2,5-二苯酚）苯胺）；

步骤二：通过直接缩聚的方法，在反应容器中加入步骤一中自制的含氨基双酚单体（4-（2,5-二苯酚）苯胺）与二氟二苯酮进行聚合反应，得到氨基聚芳醚酮（Am-PAEK）；

步骤三：将步骤二中得到的氨基聚芳醚酮聚合物溶解，得到聚合物溶液；

步骤四：将一定量的氧化石墨烯（GO）加入氯仿中，搅拌12h，然后在低温35 ℃超声处理72 h，得到均匀的氧化石墨烯分散液；

步骤五：将步骤四得到的氧化石墨烯分散液和步骤三得到的聚合物溶液混合搅拌均匀，超声处理后铺成膜，将铺好的膜泡在甲醇中，最后得到新型混合基质气体分离膜。