[发明专利]一种高性能功能化碳纳米管/聚酰亚胺混合基质膜的制备方法及应用

权利要求书

1.一种高性能功能化碳纳米管/聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征为包括以下步骤：

1)将壳聚糖与酰氯化剂反应制备酰氯化壳聚糖；

2)将多壁碳纳米管羧酸化制备羧酸化多壁碳纳米管；再通过表面沉积交联法将酰氯化壳聚糖和羧酸化多壁碳纳米管反应得到功能化碳纳米管；

3)将所述的功能化碳纳米管经过干燥后分散于有机溶剂中，形成无机填充剂分散液；

4)将聚酰亚胺基质膜材料在有机溶剂中充分溶解，形成有机铸膜液；

5)将所述无机填充剂分散液与有机铸膜液进行共混，超声处理1h以上使溶剂脱泡处理得到的功能化碳纳米管/聚酰亚胺混合液；其中功能化碳纳米管/聚酰亚胺混合液中功能化碳纳米管与聚酰亚胺的质量比为0.2:100-10:100；

5)将得到的功能化碳纳米管/聚酰亚胺混合液作为铸膜液，滴涂于超平玻璃表面，再通过加热挥发溶剂，使其成膜；

6)剥离混合基质膜材料后进行高温淬火处理，得到具有对称结构且无机填料在有机相中分散性良好的平板型高性能功能化碳纳米管/聚酰亚胺混合基质膜。

2.根据权利要求1所述的一种高性能功能化碳纳米管/聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征在于，所述的壳聚糖与酰氯化剂反应包括：

将壳聚糖溶于有机溶剂中，在40-60℃下反应24-72h，然后冷却至0℃以下继续反应2-8h，加入酰氯化剂在0-80℃之间再反应8-72h，最后将反应后的溶液在甲醇溶液中析出，将析出的沉淀用丙酮反复洗涤后；将最终沉淀产物放入真空干燥箱在20-60℃干燥12-36h，得到备酰氯化壳聚糖。

3.根据权利要求1所述的一种高性能功能化碳纳米管/聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中酰氯化剂为二氯亚枫、草酰氯、五氯化磷、硬酯酰氯中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种高性能功能化碳纳米管/聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征在于，

步骤3)或4)中所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、丙酮、水、乙醇、氯仿中的至少一种或几种，所述聚酰亚胺基质膜材料为聚酰亚胺有机基质(PI)、聚醚醚酮有机基质(SPEEK)、聚酰胺有机基质(Pebax)和醋酸纤维素有机基质(CA)中的至少一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种高性能功能化碳纳米管/聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征为步骤3)中功能化碳纳米管在有机溶剂的添加量为0.01～0.05g/mL。

6.根据权利要求1所述的一种高性能功能化碳纳米管/聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征为步骤5)中功能化碳纳米管/聚酰亚胺混合液中功能化碳纳米管与聚酰亚胺的质量比为0.5:100-5:100。

7.根据权利要求1所述的一种高性能功能化碳纳米管/聚酰亚胺混合基质膜的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的表面沉积交联法将酰氯化壳聚糖和羧酸化多壁碳纳米管反应得到功能化碳纳米管包括：

将酰氯化壳聚糖溶于弱酸溶液中，待形成均匀的溶液后，加入羧酸化多壁碳纳米管，并将混合液超声分散；待超声结束后滴加浓氨水，调节混合溶液的pH＞10；在常温下搅拌反应3～5h，使酰氯化壳聚糖逐步沉积到羧酸化多壁碳纳米管上，将反应产物经高速离心得到的固体，用弱酸洗涤抽滤3-5次，除去未反应的酰氯化壳聚糖，经真空干燥得到功能化碳纳米管。

8.一种权利要求1～7所述的制备方法制备得到的高性能功能化碳纳米管/聚酰亚胺混合基质膜。

9.一种权利要求8所述的高性能功能化碳纳米管/聚酰亚胺混合基质膜在气体分离中的应用。

10.根据上述方法制备的混合基质膜在气体分离中的应用，其特征在于，所述气体为二氧化碳、氮气、甲烷、氧气、二氧化碳/氮气混合气、二氧化碳/甲烷混合气、氧气/氮气混合气中的一种。