聚取代苯乙炔类二氧化碳分离膜的制备及其分离过程工艺技术研究

为应对全球气候变化，本研究课题以低碳环保为目标，拟合成"螺旋共轭聚苯乙炔高分子分离膜"，利用新方法-膜分离技术，拟重点解决二氧化碳气驱强化采油过程中出现的新问题，即采油伴生气中二氧化碳的分离回收问题，同时去除原天然气中的二氧化碳；另外，还要考察膜对二氧化碳/氮气的混和气体分离性能。. 本课题在已经制备了较高二氧化碳渗透系数的聚苯乙炔分离膜基础上，为提高聚合物的成膜性和膜的选择分离系数，新设计了含有氨基醚和二甲基硅氧烷基团的螺旋共轭结构的聚苯乙炔膜。探讨最佳的单体合成及聚合工艺；然后将合成的具有螺旋共轭结构的聚合物作为复合膜的功能层，制得两项相容性好力学性能高的复合膜；测试复合膜的气体透过性，及膜组件及分离过程工艺研究。重点是探寻膜的化学结构与气体渗透性及选择性的关系，为气体分离膜的研制提供实践及理论依据。

聚苯乙炔类膜通常具有很高的透气性，究其原因是由于其单双建交替的主链容易形成螺旋结构，能够有效地抑制柔顺链段的密集堆砌。并且取代基之间庞大的排斥作用，会使聚合物内分子间空间自由体积增大，导致膜变得较为疏松，有利于气体透过。所以，聚苯乙炔类气体分离膜有着很广阔的应用前景和很高的科研价值。. 本项目首次合成了三种新型的含有L-氨基醇和两个羟甲基的手性苯乙炔单体RDHPAs (ADHPA、PDHPA、LDHPA),并合成出含有十二烷基或氟原子和两个羟基手性苯乙炔单体(DoDHPA, 1FDHPA, and 9FDHPA)。铑催化剂的催化下将单体按照不同比例进行共聚，得到了分子量在5.00×103-1.52×105的共聚苯乙炔。制得的聚合物具有过量的单手性螺旋结构。将共聚物利用溶剂-挥发法进行制膜，对膜进行气体透过性和选择性测试，含氟烷基聚苯乙炔-聚偏氟乙烯复合膜对CO2/N2混合气体的分离性能参数，N2的分离率可高达99.4%，N2渗透系数478.4Barrer，N2/CO2的分离因子最高可达165.7, 解决了任务书所述的的关键问题，完成了预期目标。