一種支撐離子液體凝膠膜及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種支撐離子液體凝膠膜及其制備方法，屬于膜分離【技術領域】。該膜由高分子微孔膜負載離子液體凝膠組成，離子液體凝膠的質量占支撐凝膠膜總質量的30％～80％。所述膜的制備步驟為：首先采用浸漬法將凝膠前體溶液注入高分子微孔膜中，經過紫外光引發使凝膠前體溶液凝膠化，制得支撐離子液體凝膠型氣體分離膜。本發明制備的支撐離子液體凝膠膜，既具有高的氣體滲透通量和較大的氣體分離因子，也可避免膜在較高跨膜壓差下的液體滲漏，增強膜的性能穩定性，延長膜的使用壽命。該方法簡單易控，所制備的支撐離子液體凝膠膜主要用于工業排放廢氣中的酸性氣體捕集，航天器、潛水艇等密閉艙室中的CO2分離等領域。
【專利說明】一種支撐離子液體凝膠膜及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種支撐離子液體凝膠膜及其制備方法，屬于膜分離【技術領域】。
【背景技術】
[0002]酸性氣體，如C02、S02、H2S等，是主要的大氣污染物，也是以石油為基礎的石化工業主要的污染物，這類組分不僅影響產品質量，而且形成酸液，嚴重腐蝕設備和管路。因此，富集和回收酸性氣體是資源環境領域的重要課題。離子液體支撐液膜是一種新型綠色分離技術，由孔隙中浸滿離子液體的多孔聚合物膜支撐體構成，它結合了膜技術與離子液體雙重優勢，在用于酸性氣體分離時，不僅具有較高的熱穩定性和化學穩定性，還具有選擇分離效率高、氣體滲透通量大、膜溶劑用量少、萃取和反萃取在統一過程中完成、易實現中試且資金投入少等優點。中國專利201110037748.5公開了一種可用于分離氣體中CO2的離子液體支撐液膜的制備方法，該方法是通過物理浸潰法向多孔膜中負載離子液體，可以獲得較高的CO2滲透通量和較大的分離因子。江瀅瀅等(中國化學工程學報(英文版)，2009，4:594-601)以咪唑型離子液體為液膜相，研究了支撐離子液體膜對S02、CO2等酸性氣體的滲透性和選擇性。沈江南等(化工進展，2009，12 =2092-2098)提供了一種制備離子液體支撐液膜的新思路，即利用離子液體粘度隨溫度變化明顯的特點，通過升溫方式促進其流動，使其充滿支撐膜微孔，再通過降溫產生的高粘度使液穩定的固定在膜孔內。但現有的離子液體支撐液膜存在長期運行穩定性差的問題，同時在高跨膜壓差下支撐液膜中的液膜相容易泄露，導致膜的分離選擇性能下降。
[0003]與以往技術不同，本發明在充分實驗的基礎上提出并實現了一種支撐離子液體凝膠膜的制備方法，將其用于混合氣中的酸性氣體分離。本發明通過紫外光引發單體交聯聚合，將負載到多孔膜孔隙中的離子液體凝膠化，制備出了在高跨膜壓差下適用的支撐離子液體凝膠膜。凝膠作為一種介于固、液相之間的特殊物質，其網絡結構同時具有較好的液體傳遞性和固體形態的穩定性，因此將負載到多孔膜中的離子液體凝膠化即可獲得高的氣體滲透通量和較大的氣體分離因子，同時，也避免了膜在較高跨膜壓差下的液體滲漏，增強膜的性能穩定性，延長膜的使用壽命。本發明制備的支撐離子液體凝膠膜在工業排放廢氣中的酸性氣體捕集，航天器、潛水艇等密閉艙室中的CO2分離領域具有廣闊的應用前景。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服現有支撐液膜的易滲漏、穩定性差的缺點，提供一種支撐離子液體凝膠膜的制備方法，將其用于混合氣中的酸性氣體分離。
[0005]按照本發明提供的技術方案，一種支撐離子液體凝膠膜，其特征在于膜由多孔膜負載離子液體凝膠組成，離子液體凝膠的質量占支撐凝膠膜總質量的30%?80%，所述多孔膜為高分子微孔膜，其厚度為100?200 y m ;所述離子液體凝膠是交聯聚離子液體三維網絡固定離子液體形成，離子液體質量占總凝膠質量的60%?95% ；
[0006]所述高分子微孔膜的材質為聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚諷等；
[0007]所述離子液體的陽離子為咪唑或吡啶，陰離子為氟磷酸、氟硼酸或雙三氟甲磺酰亞胺；
[0008]一種支撐離子液體凝膠膜的制備方法，其特征在于制備步驟如下，其配方按質量份數計:
[0009](I)凝膠前體溶液配制:在玻璃容器內將60?90份離子液體、5?30份含乙烯基離子液體單體、I?10份交聯劑、0.1?I份光引發劑混合，攪拌均勻，得到凝膠前體溶液；
[0010](2)浸潰:將高分子微孔膜進行I?5小時的真空脫氣，之后浸入到上述凝膠前體溶液中，5?10小時后取出，用濾紙去除膜表面上多余的溶液；
[0011](3)凝膠化:將浸潤了凝膠前體溶液的高分子微孔膜送入紫外輻照箱，在5kw紫外燈管下輻射時間I?30分鐘，所得即為支撐離子凝膠膜產品。
[0012]所述光引發劑為2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羥基環己基苯基甲酮或2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-嗎啉-1-丙酮。
[0013]所述離子液體單體為1-辛基-3-乙烯基咪唑六氟磷酸鹽。
[0014]所述交聯劑為1，6_己二醇二丙烯酸酯。
[0015]本發明具有如下優點:本發明提供的支撐離子液體凝膠膜具有高的氣體滲透通量和較大的氣體分離因子，同時，通過紫外光固化形成聚合物交聯網絡，使離子液體凝膠化，也避免了膜在較高跨膜壓差下的液體滲漏，增強膜的性能穩定性，延長膜的使用壽命。本發明提供的支撐離子液體凝膠膜的制備方法簡單，可控性強，適用于工業排放廢氣中的酸性氣體捕集，航天器、潛水艇等密閉艙室中的CO2分離等。
【具體實施方式】
[0016]以下是一種支撐離子液體凝膠膜及其制備方法的實施例，但所述實施例不構成對本發明的限制。
[0017]實施例1
[0018]一種支撐離子液體凝膠膜的制備方法，其特征在于制備步驟如下，其配方按質量份數計:
[0019](I)凝膠前體溶液配制:在玻璃容器內將90份1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、5份1-辛基-3-乙烯基咪唑六氟磷酸鹽、4份1，6-己二醇二丙烯酸酯、I份2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮混合，攪拌均勻，得到凝膠前體溶液；
[0020](2)浸潤過程:將聚醚砜膜進行5小時的真空脫氣，之后浸入到上述凝膠前體溶液中，5小時后取出，用濾紙取出膜表面上多余的溶液；
[0021](3)凝膠相固定:將浸潤了凝膠前體溶液的高分子微孔膜送入紫外輻照箱，在紫外燈管下輻射時間I分鐘，所得即為支撐離子凝膠膜產品。
[0022]測得膜對二氧化硫的滲透率為187barrer，膜對二氧化碳和氮氣的選擇性為41。
[0023]實施例2
[0024]一種支撐離子液體凝膠膜的制備方法，其特征在于制備步驟如下，其配方按質量份數計:
[0025](I)凝膠前體溶液配制:在玻璃容器內將60份1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、30份1-辛基-3-乙烯基咪唑六氟磷酸鹽、9份1，6-己二醇二丙烯酸酯、I份1-羥基環己基苯基甲酮混合，攪拌均勻，得到凝膠前體溶液；
[0026](2)浸潤過程:將聚偏氟乙烯膜進行I小時的真空脫氣，之后浸入到上述凝膠前體溶液中，10小時后取出，用濾紙取出膜表面上多余的溶液；
[0027](3)凝膠相固定:將浸潤了凝膠前體溶液的高分子微孔膜送入紫外輻照箱，在紫外燈管下輻射時間30分鐘，所得即為支撐離子凝膠膜產品。
[0028]測得膜對二氧化碳的滲透率為164barrer，膜對二氧化碳和氮氣的選擇性為32。
[0029]實施例3
[0030]一種支撐離子液體凝膠膜的制備方法，其特征在于制備步驟如下，其配方按質量分數計:
[0031](I)凝膠前體溶液配制:在玻璃容器內將80份1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、10份1-辛基-3-乙烯基咪唑六氟磷酸鹽、9.9份1，6_己二醇二丙烯酸酯、0.1份2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-嗎啉-1-丙酮混合，攪拌均勻，得到凝膠前體溶液；
[0032](2)浸潤過程:將聚丙烯膜進行5小時的真空脫氣，之后浸入到上述凝膠前體溶液中，I小時后取出，用濾紙取出膜表面上多余的溶液；
[0033](3)凝膠相固定:將浸潤了凝膠前體溶液的高分子微孔膜送入紫外輻照箱，在紫外燈管下輻射時間10分鐘，所得即為支撐離子凝膠膜產品。
[0034]測得膜對二氧化碳的滲透率為174barrer，膜對二氧化碳和氫氣的選擇性為10。
[0035]實施例4
[0036]一種支撐離子液體凝膠膜的制備方法，其特征在于制備步驟如下，其配方按質量分數計:
[0037](I)凝膠前體溶液配制:在玻璃容器內將85份1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、5份1-辛基-3-乙烯基咪唑六氟磷酸鹽、4份1，6_己二醇二丙烯酸酯、I份1-羥基環己基苯基甲酮混合，攪拌均勻，得到凝膠前體溶液；
[0038](2)浸潤過程:將聚偏氟乙烯膜進行I小時的真空脫氣，之后浸入到上述凝膠前體溶液中，10小時后取出，用濾紙取出膜表面上多余的溶液；
[0039](3)凝膠相固定:將浸潤了凝膠前體溶液的高分子微孔膜送入紫外輻照箱，在紫外燈管下輻射時間30分鐘，所得即為支撐離子凝膠膜產品。
[0040]測得膜對二氧化碳的滲透率為204barrer，膜對二氧化碳和氮氣的選擇性為40。
【權利要求】
1.一種支撐離子液體凝膠膜，其特征在于膜由多孔膜負載離子液體凝膠組成，離子液體凝膠的質量占支撐凝膠膜總質量的30%~80%，所述多孔膜為高分子微孔膜，其厚度為100~200 μm ;所述離子液體凝膠是交聯聚離子液體三維網絡固定離子液體形成，離子液體質量占總凝膠質量的60%~90%。
2.根據權利要求1所述的支撐離子液體凝膠膜，其特征在于所述高分子微孔膜的材質為聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜等。
3.根據權利要求1所述的支撐離子液體凝膠膜，其特征在于所述離子液體的陽離子為咪唑，陰離子為氟磷酸、氟硼酸鹽或雙三氟甲磺酰亞胺。
4.一種支撐離子液體凝膠膜的制備方法，其特征在于制備步驟如下，其配方按質量份數計: (1)凝膠前體溶液配制:在玻璃容器內將60~90份離子液體、5~30份含乙烯基離子液體單體、I~10份交聯劑、0.1~1份光引發劑混合，攪拌均勻，得到凝膠前體溶液； (2)浸潰過程:將高分子微孔膜進行I~5小時的真空脫氣，之后浸入到上述凝膠前體溶液中，5~10小時后取出，用濾紙取出膜表面上多余的溶液； (3)凝膠化:將浸潤了凝膠前體溶液的高分子微孔膜送入紫外輻照箱，在紫外燈管下輻射時間I~30分鐘，所得即為支撐離子凝膠膜產品。
5.根據權利要求4所述的一種支撐離子液體凝膠膜的制備方法，其特征在于所述光引發劑為2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羥基環己基苯基甲酮或2-甲基-1- (4-甲硫基苯基)-2-嗎啉-1-丙酮。
6.根據權利要求4所述的支撐離子凝膠膜的制備方法，其特征在于所述含乙烯基離子液體單體為1-辛基-3-乙烯基咪唑六氟磷酸鹽。
7.根據權利要求4所述的支撐離子凝膠膜的制備方法，其特征在于所述交聯劑為1，6-己二醇二丙烯酸酯。
【文檔編號】B01D69/10GK103599707SQ201310556545
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月8日 優先權日:2013年11月8日
【發明者】白云翔, 張春芳 申請人:江南大學