[发明专利]一种聚酮、气体分离膜及其制备方法、应用

说明书

本发明提供了一种聚酮、气体分离膜及其制备方法、应用，属于功能高分子领域。本发明的聚酮重复单元如式1所示：本发明的聚酮包括螺双芴结构，利用其刚性螺环结构降低聚酮的堆积密度，能够增加聚酮的溶解性、玻璃化转变温度和热稳定性，从而使聚酮易溶于有机溶剂，成膜性好，且具有优良的耐热性能和选择性气体透过性能，5％分解温度可达500℃，有利于在极端高温条件下的应用。

技术领域

本发明属于功能高分子领域，具体涉及一种聚酮、气体分离膜及其制备方法、应用。

背景技术

天然气是一种重要的化石能源，主要成分为甲烷，还含有二氧化碳等气体杂质。其中，天然气中的二氧化碳含量一般不能超过2％，否则会加重输送过程中的管道腐蚀，并且降低天然气的燃烧热值。常规的气体分离技术主要有冷冻蒸馏、物理化学吸附/解吸附等，但是这些技术往往需要复杂的设备和昂贵的成本，还具有二次污染的风险。

膜法气体分离技术具有被分离物质无相变、工艺简单、能耗低等优点。芳香族工程塑料如聚酰亚胺等具有高的耐温性、良好的机械性能和成膜性，作为气体分离膜材料得到了广泛研究。然而，传统商业化的聚酰亚胺、聚芳酮、聚芳砜等芳香族工程塑料应用于气体分离膜时，虽然气体选择性较高但气体通量太低。

现有技术中，Ma等从9，9’-螺二芴出发设计合成了螺双芴的二酸酐衍生物，并与芳香二胺单体聚合得到高通量的聚酰亚胺气体分离膜(Xiaohua Ma,Bader Ghanem,OctavioSalines,Eric Litwiller,and Ingo Pinnau.Synthesis and Effect of Physical Agingon Gas Transport Properties of a Microporous Polyimide Derived from a NovelSpirobifluorene-Based Dianhydride.ACS Macro Letters 2015,4(2),231-235)。而这种气体分离膜虽然具有较高的气体通量，但是对二氧化碳/甲烷的分离效果不佳。另外，这种螺双芴的二酸酐衍生物单体的合成复杂，步骤繁琐。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种聚酮，制得的气体分离膜的气体通量高，且对二氧化碳/甲烷的分离效果较好。

本发明的第二个目的在于提供一种聚酮的制备方法，原料来源易得，聚合条件简单。

本发明的第三个目的在于提供一种气体分离膜，气体通量高，且对二氧化碳/甲烷的分离效果较好。

本发明的第四个目的在于提供一种气体分离膜的制备方法，制备工艺简单。

本发明的第五个目的在于提供一种气体分离膜在分离二氧化碳和甲烷中的应用，对二氧化碳/甲烷的分离效果较好。

本发明的聚酮所采用的技术方案为：

一种聚酮，重复单元如式1所示：

式1中，L基团选自式2～8中的一种；

本发明的聚酮包括螺双芴结构，利用其刚性螺环结构降低聚酮的堆积密度，能够增加聚酮的溶解性、玻璃化转变温度和热稳定性，利用L基团中环状结构优异的刚性性能，与螺双芴结构配合能够进一步降低聚酮的堆积密度，提高气体通量，从而使聚酮易溶于有机溶剂，成膜性好，且具有优良的耐热性能和选择性气体透过性能，5％分解温度可达500℃，有利于在极端高温条件下的应用。

优选地，所述聚酮的数均分子量为一万～六万道尔顿。该数均分子量的聚酮具有较高的强度和优异的成膜性能，保证了气体分离膜的分离效果。

进一步地，所述聚酮的数均分子量为一万～四万道尔顿。

本发明的聚酮的制备方法，所采用的技术方案为：