一种基于二硫化钼/碳纳米管-聚醚嵌段酰胺的气体分离膜

摘要

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种基于二硫化钼/碳纳米管‑聚醚嵌段酰胺的气体分离膜；其制备方法是使用水热法获得二硫化钼/碳纳米管结构，将一定量的二硫化钼/碳纳米管超声分散于乙醇和水(质量比7:3)的混合溶液中，得到均匀的分散液A；再将一定量的聚醚嵌段酰胺溶于上述等量的乙醇与水溶液中，搅拌至完全溶解，得到分散液B；将分散液A和B混合，对混合液作超声脱气处理后，将混合液倒入培养皿中干燥成膜，从而制备出一种基于二硫化钼/碳纳米管‑聚醚嵌段酰胺的气体分离膜；相比于聚醚嵌段酰胺分离膜，该气体分离膜具有较高的气体渗透系数与分离系数，在气体分离领域具有重要的应用前景。

权利要求

1.一种基于二硫化钼/碳纳米管-聚醚嵌段酰胺的气体分离膜的制备方法，其制备步骤包括：将一定量的氧化碳纳米管分散在60毫升去离子水中，搅拌均匀后，加入四水合钼酸铵、草酸二水合物和硫代乙酰胺，再搅拌10分钟，然后将该溶液倒入不锈钢反应釜中进行水热反应，水热条件为220℃，20小时；将水热反应得到的黑色产物用去离子水进行5次离心洗涤，然后冷冻干燥得到二硫化钼/碳纳米管粉末；将一定量制备的二硫化钼/碳纳米管粉末超声分散于乙醇与水的混合溶液中，得到分散液A，再将一定量的聚醚嵌段酰胺溶于另一部分乙醇与水的混合溶液中，搅拌至完全溶解，得到分散液B，将分散液A和B混合，对混合液作超声脱气处理后，将混合液倒入培养皿中干燥成膜。

说明书

一种基于二硫化钼/碳纳米管-聚醚嵌段酰胺的气体分离膜

技术领域

[0001] 本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种基于二硫化钼/碳纳米管-聚醚嵌段酰胺的气体分离膜及其制备方法。

背景技术

[0002] 高分子膜具有良好的机械性能以及热稳定性，因此被广泛用于气体分离领域。但是，大部分高分子膜的气体选择性和渗透性不能够同时提高，即二者之间存在罗伯逊上限，这降低了高分子气体分离膜的应用价值。

[0003] 为了同时提高高分子膜的渗透系数与分离系数，研究人员将纳米材料，如纳米二氧化钛、纳米二氧化硅和金属-有机骨架材料等，与高分子复合，制备出气体分离性能优异的高分子复合膜。其中，碳纳米管因其自身的优异性能被广泛应用于高分子气体分离膜的制备中。据Sholl等人报道，由于碳纳米管具有光滑的内表面，以至于气体在碳纳米管中的传输速率远远大于在其他材料中的传输速率[Physical Review Letter,2002,89,185901]。然而，仅在高分子材料中加入碳纳米管，不利于高分子复合膜的分离系数的提高。
另外，Yu等人研究发现，二硫化钼对二氧化碳具有很强的吸附作用，且此种吸附作用强于对氮气的吸附作用[Physical Chemistry Chemical Physics,2015,17,11700-11704]。

[0004] 为了获得性能优异的高分子复合膜，我们利用水热方法将碳纳米管和二硫化钼结合，制备了二硫化钼/碳纳米管复合结构，该结构具有两者的优点。我们将其应用在聚醚嵌段酰胺气体分离膜中，首次制备出二硫化钼/碳纳米管-聚醚嵌段酰胺气体分离膜。该气体分离膜成本低廉，具有极高的气体渗透系数与分离系数，在气体分离膜领域具有重要的应用前景。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种基于二硫化钼/碳纳米管-聚醚嵌段酰胺的气体分离膜及其制备方法。

[0006] 下面简要阐述本发明的实现过程。首先以氧化碳纳米管为原材料，利用水热法制得二硫化钼/碳纳米管，取一定量的二硫化钼/碳纳米管超声分散于乙醇与水(质量比7:3)的混合溶液中，得到均匀的分散液A；再将一定量的聚醚嵌段酰胺溶于等量的上述溶液中，搅拌至完全溶解，得到分散液B；将分散液A和B混合，对混合液作超声脱气处理后，将混合液倒入培养皿中干燥成膜，得到一种基于二硫化钼/碳纳米管-聚醚嵌段酰胺的气体分离膜。

[0007] 本发明所述一种基于二硫化钼/碳纳米管-聚醚嵌段酰胺的气体分离膜的制备方法，其步骤如下：

[0008] (1)将一定量的氧化碳纳米管分散在60毫升去离子水中，搅拌均匀后，加入四水合钼酸铵、草酸二水合物和硫代乙酰胺，再搅拌10分钟，然后将该溶液倒入不锈钢反应釜中进行水热反应，水热条件为220℃，20小时；

[0009] (2)将水热反应得到的黑色产物用去离子水进行5次离心洗涤，然后在冷冻干燥机中冷冻干燥，得到二硫化钼/碳纳米管粉末；

[0010] (3)将一定量步骤(1)-(2)制备的二硫化钼/碳纳米管粉末超声分散于乙醇与水(质量比7:3)的混合溶液中，得到分散液A；再将一定量的聚醚嵌段酰胺溶于上述等量的乙醇与水溶液中，搅拌至完全溶解，得到分散液B；将分散液A和B混合，对混合液作超声脱气处理后，将混合液倒入培养皿中干燥成膜。

[0011] 本发明提供了一种基于二硫化钼/碳纳米管-聚醚嵌段酰胺的气体分离膜。相比于聚醚嵌段酰胺分离膜，该气体分离膜具有跟高的气体渗透系数和分离系数，在气体分离膜领域具有重要的应用前景。

附图说明

[0012] 图1为依据本发明所提供的一种基于二硫化钼/碳纳米管-聚醚嵌段酰胺的气体分离膜示意图。

具体实施方式

[0013] 下面结合附图和具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。

[0014] 图中，1—碳纳米管，2—二硫化钼，3—聚醚嵌段酰胺。

[0015] 实施例1，将64.4毫克氧化碳纳米管分散在60毫升去离子水中，搅拌均匀后，加入87.47毫克四水合钼酸铵、0.2克草酸二水合物、185.77毫克硫代乙酰胺，再搅拌10分钟，然后将该溶液倒入不锈钢反应釜中进行水热反应，水热条件为220℃，20小时；将水热反应得到的黑色产物用去离子水进行5次离心洗涤，然后在冷冻干燥机中冷冻干燥72小时，其中，冷阱温度为-50℃，得到二硫化钼/碳纳米管粉末；将6毫克上述制备的二硫化钼/碳纳米管粉末超声分散于10克乙醇与水(质量比7:3)的混合溶液中，得到分散液A；再将0.8克聚醚嵌段酰胺溶于上述等量的乙醇与水溶液中，搅拌至完全溶解，得到分散液B；将分散液A和B混合，对混合液作超声脱气处理后，将混合液倒入培养皿中干燥成膜；得到一种基于二硫化钼/碳纳米管-聚醚嵌段酰胺的气体分离膜如图1所示。

[0016] 将本征聚醚嵌段酰胺和复合聚醚嵌段酰胺在35℃，0.4MPa下用于二氧化碳体积分数为10％的二氧化碳/氮气混合气分离测试，结果表明，本征聚醚嵌段酰胺的二氧化碳气体渗透系数为55.3barrer,相对于氮气的分离系数为34.0,复合聚醚嵌段酰胺的二氧化碳气体渗透系数为109.5barrer，相对于氮气的分离系数为53.6，复合聚醚嵌段酰胺的分离性能远高于本征聚醚嵌段酰胺的分离性能。