CN107875867B - 一种基于氨基酸离子液体的促进传递膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于氨基酸离子液体的促进传递膜及其制备方法和应用，本发明的基于氨基酸离子液体的促进传递膜，其特征在于，该膜以聚醚‑聚酰胺嵌段共聚物为膜基质，在膜基质中加入1‑己基3‑甲基咪唑甘氨酸盐。本发明的促进传递膜制备过程简单，促进传递膜内由于含有1‑己基3‑甲基咪唑甘氨酸盐，1‑己基3‑甲基咪唑甘氨酸盐上氨基和羧基功能基团，提高了促进传递膜气体分离性能。

Description

一种基于氨基酸离子液体的促进传递膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及膜分离领域，具体涉及一种基于氨基酸离子液体的促进传递膜及其制备方法和应用。
背景技术
随着全球气候变暖日益加剧，温室气体的释放已经越来越受到科学界、社会公众和各国政府的关注。近年来，膜分离技术相比于传统分离技术，具有高效、操作简便、设备简单和投资少等优点。在几类CO2分离膜中，高分子膜已经被广泛的研究，然而高分子膜的CO2渗透性和CO2/气体选择性较低。为了克服高分子膜分离性能较低的缺陷，室温离子液体(RTILs)引起了广泛的关注。RTILs是具有良好的化学和热稳定性的有机盐。RTILs的物理化学性质可通过调控阳离子或阴离子的结构进行调控。因此，在支撑离子液体膜中使用RTILs作为介质以期为CO2的传递提供高渗透性和高选择性。促进传递膜(FTMs)作为最具分离前景的CO2分离膜已引起了广泛的关注。FTMs的渗透机理基于膜内目标分子和反应载体间的可逆反应。众所周知，FTMs的CO2渗透性和选择性较高。然而，FTMs的缺点是需要在湿态下才能促进CO2传递。这个缺点限制了FTMs在实际工业的应用领域。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于氨基酸离子液体的促进传递膜及其制备方法和应用，所述基于氨基酸离子液体的促进传递膜利用氨基酸离子液体上的功能基团作为CO2反应载体，可以在干态下促进传递CO2，并可提高CO2/CH4和CO2/N2分离性能，其制备方法过程简单易行。
具体地，本发明提供一种基于氨基酸离子液体的促进传递膜，该膜以聚醚-聚酰胺嵌段共聚物为膜基质，在膜基质中加入1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐。
其中，所述聚醚-聚酰胺嵌段共聚物与1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐的质量比为1：(0.2-0.8)。
此外，所述促进传递膜的厚度为110-150μm。
本发明还提供一种如上所述的基于氨基酸离子液体的促进传递膜的制备方法，其包括下述步骤：
步骤1、制备聚醚-聚酰胺嵌段共聚物溶液：将聚醚-聚酰胺嵌段共聚物加入质量分数为70％的乙醇水溶液配制成聚醚-聚酰胺嵌段共聚物质量浓度为4-10％的溶液，在80℃下搅拌24-48h，使聚醚-聚酰胺嵌段共聚物完全溶解，即得聚醚-聚酰胺嵌段共聚物溶液；
步骤2、将1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐加入至按步骤1中所得的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物溶液中，于室温下搅拌24-48h得到铸膜液，将所得的铸膜液倒在干净的玻璃板上流延，在室温下干燥24h，然后将其放入40℃真空烘箱中去除残留的溶剂，得到基于氨基酸离子液体的促进传递膜。
本发明还提供一种如上所述的基于氨基酸离子液体的促进传递膜的应用，其用于分离CO2/CH4混合气或者CO2/N2混合气。
其中，用于分离CO2/CH4混合气时，CO2通量为410-1800barrer，CO2/CH4选择性为31-70；用于分离CO2/N2混合气时，CO2通量为450-2100barrer，CO2/N2选择性为57-93。其中，1barrer＝10-10cm3cm/cm2s cmHg。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：制备过程简单，促进传递膜内由于含有1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐，1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐上氨基和羧基功能基团，可以在干态下促进传递CO2，提高了促进传递膜气体分离性能。
附图说明
图1实施例1所制得的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物-1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐促进传递膜的扫描电镜断面图。
图2实施例2所制得的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物-1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐促进传递膜的扫描电镜断面图。
图3实施例3所制得的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物-1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐促进传递膜的扫描电镜断面图。
图4实施例4所制得的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物-1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐促进传递膜的扫描电镜断面图。
图5对比例所制得的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物膜的扫描电镜断面图。
具体实施方式
以下通过实施例讲述本发明的详细内容，提供实施例是为了理解的方便，绝不是限制本发明。
实施例1
制备一种基于氨基酸离子液体的促进传递膜，该促进传递膜的厚度为110μm，该促进传递膜以聚醚-聚酰胺嵌段共聚物为膜基质，在膜基质中加入1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐，其中，聚醚-聚酰胺嵌段共聚物与1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐的质量比1：0.2，具体制备方法如下：
步骤1、称取0.5g聚醚-聚酰胺嵌段共聚物(商品名为
Figure BDA0001462935040000041
1657)溶解在12g质量分数为70％的乙醇水溶液中，在80℃搅拌24h，使得聚醚-聚酰胺嵌段共聚物全部溶解，制备得到质量分数为4％聚醚-聚酰胺嵌段共聚物溶液，备用。
步骤2、称取0.1g的1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐加入至按步骤1中所得的质量分数为4％聚醚-聚酰胺嵌段共聚物溶液中，于室温下搅拌24h，倾倒于洁净的玻璃板上流延，在室温下干燥24h，然后将其放入40℃真空烘箱中24h以去除残留的溶剂，得到厚度为110μm的基于氨基酸离子液体的促进传递膜。图1是实施例1所制得的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物-1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐促进传递膜的扫描电镜断面图。
在室温、2bar条件下，将该促进传递膜用于分离CO2体积分数为10％的CO2/CH4混合气分离测试，其CO2通量为410barrer，CO2/CH4选择性为41；将该聚电解质膜用于CO2体积分数为10％的CO2/N2混合气分离测试，其CO2通量为450barrer，CO2/N2选择性62。
实施例2
制备一种基于氨基酸离子液体的促进传递膜，与实施例1促进传递膜所不同的是：膜的厚度为120μm，其中，聚醚-聚酰胺嵌段共聚物与1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐的质量比1：0.4，该促进传递膜的制备与实施例1的制备方法的不同仅在于：步骤1中，将0.1g的1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐替换为0.2g的1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐；最终得到厚度为120μm的促进传递膜。图2是实施例2所制得的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物-1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐促进传递膜的扫描电镜断面图。
在室温、2bar条件下，将实施例2所制得的促进传递膜用于分离CO2体积分数为10％的CO2/CH4混合气分离测试，其CO2通量为560barrer，CO2/CH4选择性为52；用于CO2体积分数为10％的CO2/N2混合气分离测试，其CO2通量为590barrer，CO2/N2选择性75。
实施例3
制备一种基于氨基酸离子液体的促进传递膜，与实施例1促进传递膜所不同的是：膜的厚度为138μm，其中，聚醚-聚酰胺嵌段共聚物与1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐的质量比1：0.6，该促进传递膜的制备与实施例1的制备方法的不同仅在于：步骤1中，将0.1g的1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐替换为0.3g的1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐；最终得到厚度为138μm的促进传递膜。图3是实施例3所制得的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物-1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐促进传递膜的扫描电镜断面图。
在室温、2bar条件下，将实施例2所制得的促进传递膜用于分离CO2体积分数为10％的CO2/CH4混合气分离测试，其CO2通量为1300barrer，CO2/CH4选择性为70；用于CO2体积分数为10％的CO2/N2混合气分离测试，其CO2通量为1500barrer，CO2/N2选择性93。
实施例4
制备一种基于氨基酸离子液体的促进传递膜，与实施例1促进传递膜所不同的是：膜的厚度为150μm，其中，聚醚-聚酰胺嵌段共聚物与1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐的质量比1：0.8，该促进传递膜的制备与实施例1的制备方法的不同仅在于：步骤1中，将称取0.1g的1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐变为称取0.4g的1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐；质量分数为70％的乙醇水溶液为4.5g。最终得到厚度为150μm的促进传递膜。图4是实施例4所制得的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物-1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐促进传递膜的扫描电镜断面图。
在室温、2bar条件下，将实施例2所制得的促进传递膜用于分离CO2体积分数为10％的CO2/CH4混合气分离测试，其CO2通量为1800barrer，CO2/CH4选择性为31；用于CO2体积分数为10％的CO2/N2混合气分离测试，其CO2通量为2100barrer，CO2/N2选择性57。
对比例
制备聚醚-聚酰胺嵌段共聚物膜，其膜厚为100μm；其制备方法是：称取1.0g聚醚-聚酰胺嵌段共聚物(商品名为
Figure BDA0001462935040000061
1657)溶解在20g质量分数为70％的乙醇水溶液中，在80℃搅拌24h后，倾倒于洁净的玻璃板上流延，在室温下干燥24h，然后将其放入40℃真空烘箱中24h以去除残留的溶剂，得到厚度为100μm的聚电解质膜。图5是对比例所制得的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物膜的扫描电镜断面图。
在室温、2bar条件下，将实施例4所制得的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物膜用于分离CO2体积分数为10％的CO2/CH4混合气分离测试，其CO2通量为281barrer，CO2/CH4选择性为30；用于CO2体积分数为10％的CO2/N2混合气分离测试，其CO2通量为305barrer，CO2/N2选择性54。
由上述的实施例和对比例进行比较，明显可以看出本发明的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物-1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐促进传递膜的分离性能明显的高于对比例中的不含1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物膜的性能，主要是1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐上的氨基和羧基功能基团提高了膜的渗透性和选择性。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多不同种类氨基酸离子液体种类的变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种基于氨基酸离子液体的促进传递膜，其特征在于，该膜以聚醚-聚酰胺嵌段共聚物为膜基质，在膜基质中加入1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐；
所述聚醚-聚酰胺嵌段共聚物与1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐的质量比为1：0.6。
2.根据权利要求1所述的基于氨基酸离子液体的促进传递膜，其特征在于，所述促进传递膜的厚度为138μm。
3.一种如权利要求1或2所述的基于氨基酸离子液体的促进传递膜的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤1、制备聚醚-聚酰胺嵌段共聚物溶液：将聚醚-聚酰胺嵌段共聚物加入质量分数为70％的乙醇水溶液配制成聚醚-聚酰胺嵌段共聚物质量浓度为4％的溶液，在80℃下搅拌24h，使聚醚-聚酰胺嵌段共聚物完全溶解，即得聚醚-聚酰胺嵌段共聚物溶液；
步骤2、将1-己基3-甲基咪唑甘氨酸盐加入至按步骤1中所得的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物溶液中，于室温下搅拌24h得到铸膜液，将所得的铸膜液倒在干净的玻璃板上流延，在室温下干燥24h，然后将其放入40℃真空烘箱中去除残留的溶剂，得到基于氨基酸离子液体的促进传递膜。
4.一种如权利要求1或2所述的基于氨基酸离子液体的促进传递膜的应用，其特征在于，用于分离CO2/CH4混合气或者CO2/N2混合气。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，用于分离CO2/CH4混合气时，CO2通量为1300barrer，CO2/CH4选择性为70；
用于分离CO2/N2混合气时，CO2通量为1500barrer，CO2/N2选择性为93。
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