聚離子液體交聯(lián)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(dǎo)致全球變暖、氣候驟變等環(huán)境問(wèn)題愈加嚴(yán)重，對(duì)空氣中的CO2進(jìn)行分離捕集具有十分重要的意義。離子液體(IL)對(duì)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(jié)構(gòu)，有良好的穩(wěn)定性與較好的加工性能，但純PIL膜對(duì)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(guò)界面聚合法制備PIL薄層復(fù)合膜，通過(guò)降低分離層厚度，縮短氣體在膜內(nèi)的擴(kuò)散路徑，提高膜對(duì)氣體的滲透通量;二是以帶有環(huán)氧官能團(tuán)的縮水甘油醚作為交聯(lián)劑，與PIL共混進(jìn)行熱交聯(lián)，制備橡膠態(tài)的PIL交聯(lián)膜，向膜內(nèi)引入大量醚鍵官能團(tuán)，增加膜對(duì)CO2的溶解性，提高PIL分離膜

3、的氣體滲透性能。
　　PIL薄層復(fù)合膜是由PIL與均苯三甲酰氯(TMC)在聚砜膜表面進(jìn)行界面聚合反應(yīng)制備的，通過(guò)核磁共振氫譜(1H-NMR)測(cè)定了PIL的分子結(jié)構(gòu)，隨后通過(guò)傅里葉變換紅外光譜(FTIR)與場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)對(duì)PIL復(fù)合膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，通過(guò)氣體滲透儀測(cè)試了膜的氣體分離性能。PIL薄層復(fù)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(lián)劑，與聚離子液體熱交聯(lián)反應(yīng)制得PIL交聯(lián)膜，探究了PIL分子量對(duì)膜氣體滲透性能的影響。為進(jìn)一步提高膜的氣體滲透性能，在PIL交聯(lián)膜內(nèi)負(fù)載非反應(yīng)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(fù)合膜，探究了[emim][Tf2N]負(fù)載量對(duì)膜氣體滲透性能的影響。通過(guò)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(duì)交聯(lián)膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，用氣體滲透儀對(duì)PIL

5、交聯(lián)膜及PIL-IL復(fù)合膜進(jìn)行測(cè)試，探究了膜結(jié)構(gòu)對(duì)氣體滲透性的影響。其中LPIL-PEG(LP)交聯(lián)膜對(duì)CO2的滲透系數(shù)達(dá)170Barrer，對(duì)CO2/N2的滲透選擇系數(shù)達(dá)36;HPIL-PEG(HP)交聯(lián)膜對(duì)CO2的滲透系數(shù)達(dá)167Barrer，對(duì)CO2/N2的滲透選擇系數(shù)達(dá)18，均表現(xiàn)出良好的氣體滲透性能，并接近2008Robeson Upper Bound。對(duì)于PIL-IL復(fù)合膜，膜對(duì)CO2的滲透系數(shù)隨著IL負(fù)載量的提高逐步提高，