聚離子液體交聯膜的制備及其氣體滲透性能.pdf

1、大氣中溫室氣體（如CO2）濃度的逐年增加導致全球變暖、氣候驟變等環(huán)境問題愈加嚴重，對空氣中的CO2進行分離捕集具有十分重要的意義。離子液體(IL)對CO2有較高的溶解性，常被制作為離子液體支撐液膜(SILMs)用于CO2分離。SILMs顯示出較好的氣體滲透性能，但其穩(wěn)定性較差，不適合高壓操作。聚離子液體(PIL)與離子液體具有相似結構，有良好的穩(wěn)定性與較好的加工性能，但純PIL膜對氣體的滲透性差。因此，制備一種高通量PIL氣體分離膜具有

2、重要意義。
　　本文采用Poly-Radziszewski一步法制備氨基封端的咪唑型聚離子液體PIL用于制備氣體分離膜。為了提高PIL的滲透性，提出了兩種制膜方法:一是通過界面聚合法制備PIL薄層復合膜，通過降低分離層厚度，縮短氣體在膜內的擴散路徑，提高膜對氣體的滲透通量;二是以帶有環(huán)氧官能團的縮水甘油醚作為交聯劑，與PIL共混進行熱交聯，制備橡膠態(tài)的PIL交聯膜，向膜內引入大量醚鍵官能團，增加膜對CO2的溶解性，提高PIL分離膜

3、的氣體滲透性能。
　　PIL薄層復合膜是由PIL與均苯三甲酰氯(TMC)在聚砜膜表面進行界面聚合反應制備的，通過核磁共振氫譜(1H-NMR)測定了PIL的分子結構，隨后通過傅里葉變換紅外光譜(FTIR)與場發(fā)射掃描電鏡(SEM)對PIL復合膜結構進行表征，通過氣體滲透儀測試了膜的氣體分離性能。PIL薄層復合膜表面缺陷較多，不能有效分離CO2/N2。
　　以三羥甲基丙烷三縮水甘油醚（TMPGE）與聚乙二醇二縮水甘油醚(PEG)

4、為交聯劑，與聚離子液體熱交聯反應制得PIL交聯膜，探究了PIL分子量對膜氣體滲透性能的影響。為進一步提高膜的氣體滲透性能，在PIL交聯膜內負載非反應性離子液體1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟磺酰亞胺鹽（[emim][Tf2N]）制備了PIL-IL復合膜，探究了[emim][Tf2N]負載量對膜氣體滲透性能的影響。通過傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線衍射(XRD)及差示掃描量熱儀(DSC)等對交聯膜的結構進行了表征，用氣體滲透儀對PIL

5、交聯膜及PIL-IL復合膜進行測試，探究了膜結構對氣體滲透性的影響。其中LPIL-PEG(LP)交聯膜對CO2的滲透系數達170Barrer，對CO2/N2的滲透選擇系數達36;HPIL-PEG(HP)交聯膜對CO2的滲透系數達167Barrer，對CO2/N2的滲透選擇系數達18，均表現出良好的氣體滲透性能，并接近2008Robeson Upper Bound。對于PIL-IL復合膜，膜對CO2的滲透系數隨著IL負載量的提高逐步提高，