[发明专利]磺化聚醚醚酮-氨基修饰钛纳米管杂化膜及制备和应用

摘要

本发明公开了一种磺化聚醚醚酮‑氨基修饰钛纳米管杂化膜，所述杂化膜是由磺化聚醚醚酮与氨基修饰钛纳米管所构成。其制备过程包括：以金红石二氧化钛水热法合成的钛纳米管与3‑(异丁烯酰)丙基三甲氧基硅烷进行反应，得双键修饰的钛纳米管；然后将双键修饰的钛纳米管与1‑乙烯基咪唑在交联剂和引发剂的作用下制备氨基修饰钛纳米管；氨基修饰钛纳米管与磺化聚醚醚酮溶液共混得到铸膜液，经流延法制得该杂化膜。本发明杂化膜的原料易得，制备过程简便可控，制得的磺化聚醚醚酮‑氨基修饰钛纳米管杂化膜应用于CO₂/CH₄气体分离，具有较高的选择性和渗透性。

主权项

一种磺化聚醚醚酮‑氨基修饰钛纳米管杂化膜的制备方法，该磺化聚醚醚酮‑氨基修饰钛纳米管杂化膜厚度为55～80微米，由磺化聚醚醚酮与氨基修饰钛纳米管构成，其中，磺化聚醚醚酮与氨基修饰钛纳米管质量比为(0.92～0.99)：(0.08～0.01)，所述磺化聚醚醚酮的磺化度为45～75％；其特征在于，按照以下过程制备：步骤1、采用水热法合成钛纳米管：按照金红石型二氧化钛粉末与NaOH质量比为1:(5～20)，将金红石型二氧化钛粉末通过超声分散于摩尔浓度为6～12mol/L的NaOH水溶液中得到溶液A；将溶液A转移至水热釜中，在90～150℃下静置24～72小时，之后过滤并用水洗涤至pH值为7.0的粉末A；将该粉末A分散于0.01～0.5mol/L盐酸溶液内，浸泡2～5小时，经离子水洗涤在自然干燥，得到纯净的钛纳米管；步骤2、将步骤1制得的钛纳米管分散于无水乙醇中，超声分散，然后加入3‑(异丁烯酰)丙基三甲氧基硅烷，钛纳米管与3‑(异丁烯酰)丙基三甲氧基硅烷的质量比为1:(1～6)；置于30～50℃下反应12～60小时，离心洗涤干燥，得双键修饰的钛纳米管；步骤3、将步骤2制得的双键修饰的钛纳米管加入到反应容器中超声分散于乙腈中，加入1‑乙烯基咪唑，乙二醇二甲基丙烯酸酯和2,2'‑偶氮二异丁腈，其中，所述1‑乙烯基咪唑为单体，所述乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，所述2,2'‑偶氮二异丁腈为引发剂，钛纳米管与1‑乙烯基咪唑的质量比为1:(6～18)，1‑乙烯基咪唑与乙二醇二甲基丙烯酸酯的体积比为3:(1～6)，2,2'‑1‑偶氮二异丁腈的质量为1‑乙烯基咪唑质量的1％～5％；然后加入沸石在80℃下沉淀共蒸馏法在其表面聚合咪唑有机高分子层，蒸馏20～100分钟停止反应，将圆底烧瓶中的固体经去离子水离心洗涤自然干燥，得纯净的氨基修饰钛纳米管；步骤4、室温搅拌下，将磺化度为45～75％的磺化聚醚醚酮加入到N,N‑二甲基乙酰胺溶剂中配制成浓度为5～15％的磺化聚醚醚酮溶液；步骤5、按磺化聚醚醚酮溶液中的磺化聚醚醚酮与步骤3制得的氨基修饰钛纳米管质量比在(0.92～0.99)：(0.08～0.01)，将氨基修饰钛纳米管分散于N,N‑二甲基乙酰胺溶剂中超声12～36小时，并加入5～15％的磺化聚醚醚酮溶液中，搅拌24h，静置1～3h脱泡，得磺化聚醚醚酮‑氨基修饰钛纳米管铸膜液；步骤6、将步骤5得到的磺化聚醚醚酮‑氨基修饰钛纳米管铸膜液倾倒在玻璃培养皿中，在温度60℃干燥12小时后，再在温度80℃干燥12小时，得到磺化聚醚醚酮‑氨基修饰钛纳米管杂化膜。