一种聚酰亚胺复合材料及其制备方法与流程

本发明具体涉及一种聚酰亚胺复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着氢燃料电池等领域的快速发展，对氢气纯度的要求也越来越高。然而，工业制备的氢气中往往含有一定的杂质气体，如氧气、氮气、二氧化碳等。如何高效的祛除氢气中的杂质气体特别是co2气体是当前的研究热点。介质分离法是祛除氢气中co2杂质的有效方法，然而当前报道的分离介质材料制备工艺复杂、对杂质气体的祛除效率低、价格昂贵、难以规模化生产。在分离介质材料制备过程中添加层状双金属氢氧化物(ldhs)是提高其性能、降低生产成本的有效方法。

2、层状双金属氢氧化物又称水滑石类化合物或阴离子黏土，是一类由带正电荷的金属氢氧化物和层间填充可交换阴离子所构成的层柱状化合物。近年来，层状氢氧化物材料因其具有成本低、稳定性强和组成成分可调等优点，在气体净化、催化、生物成像和电极材料等领域中受到了广泛的关注。然而，层状氢氧化物片层上缺少活性基团，渗透选择性能不足，导致提纯氢气的效率较低。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种渗透性能好、选择性强、合成方法简单及容易操作的聚酰亚胺复合材料。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、本发明的第一个目的是提供一种聚酰亚胺复合材料，所述聚酰亚胺复合材料由改性层状氢氧化物材料与聚酰亚胺混合得到，其中，所述改性层状氢氧化物材料为经peg改性的层状氢氧化物材料。

4、优选地，所述peg与所述层状氢氧化物材料的质量比为0.01～0.15:1，例如0.02:1、0.03:1、0.04:1、0.05:1、0.06:1、0.07:1、0.08:1、0.09:1、0.10:1、0.11:1、0.12:1、0.13:1、0.14:1等。

5、进一步优选地，所述peg与所述层状氢氧化物材料的质量比为0.03～0.15:1。

6、更进一步优选地，所述peg与所述层状氢氧化物材料的质量比为0.03～0.08:1。

7、优选地，所述层状氢氧化物材料为co-ni层状双金属氢氧化物、fe-co层状双金属氢氧化物、fe-ni层状双金属氢氧化物中的一种或多种。

8、进一步优选地，所述层状氢氧化物材料为co-ni层状双金属氢氧化物。

9、优选地，所述改性层状氢氧化物材料与所述聚酰亚胺的质量比为0.2～0.8:1，例如0.3:1、0.35:1、0.4:1、0.45:1、0.5:1、0.55:1、0.6:1、0.65:1、0.7:1、0.75:1等。

10、进一步优选地，所述改性层状氢氧化物材料与所述聚酰亚胺的质量比为0.2～0.6:1。

11、更进一步优选地，所述改性层状氢氧化物材料与所述聚酰亚胺的质量比为0.2～0.5:1。

12、优选地，所述聚酰亚胺复合材料呈膜状。

13、进一步优选地，膜状的所述聚酰亚胺复合材料的厚度为60～100μm，例如65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm等

14、本发明的第二个目的是提供一种根据上述任一项所述的聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

15、(1)将层状氢氧化物材料与peg在第一溶剂存在下，经水热处理后得到改性层状氢氧化物材料；

16、(2)将步骤(1)获得的改性层状氢氧化物材料与聚酰亚胺在第二溶剂中进行混合，干燥得到所述聚酰亚胺复合材料。

17、优选地，步骤(1)中，在100～180℃(例如105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃等)条件下进行所述水热处理2～6小时(例如2.5小时、3小时、3.5小时、4小时、4.5小时、5小时、5.5小时等)。

18、进一步优选地，步骤(1)中，在120～180℃条件下进行所述水热处理2～4小时。

19、优选地，步骤(1)中，所述水热处理前，对反应体系进行超声搅拌1～3小时，例如1.5小时、2小时、2.5小时等。

20、进一步优选地，步骤(1)中，所述水热处理前，对反应体系进行超声搅拌1.5～2.5小时。

21、优选地，步骤(1)中还包括：所述水热处理后，产物经洗涤、离心、干燥后得到所述改性层状氢氧化物材料。

22、优选地，步骤(2)中，所述混合在超声搅拌条件下进行4～6小时，例如4.5小时、5小时、5.5小时等。

23、进一步优选地，步骤(2)中，所述混合在超声搅拌条件下进行4～5小时。

24、本申请中，控制超声搅拌的功率为150～200w。

25、优选地，步骤(2)中还包括：将混合后的体系平铺并在50～70℃(例如55℃、60℃、65℃等)下干燥40～50小时(例如41小时、42小时、43小时、44小时、45小时、46小时、47小时、48小时、49小时等)后得到呈膜状的所述聚酰亚胺复合材料。

26、进一步优选地，在55～65℃下干燥45～50小时后得到所述聚酰亚胺复合材料。

27、优选地，所述第一溶剂选自甲醇、乙醇和丙酮中的一种或多种。

28、进一步优选地，所述第一溶剂选自甲醇和/或乙醇。

29、优选地，所述第二溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇和丙酮中的一种或多种。

30、进一步优选地，所述第二溶剂选自乙醇和/或异丙醇。

31、优选地，所述制备方法还包括制备层状氢氧化物材料的步骤，其包括：在第三溶剂中加入zif-67和六水硝酸镍，在80～100℃(例如85℃、90℃、95℃等)条件下磁力搅拌0.5～2小时(例如1小时、1.5小时等)，经洗涤、离心、干燥得到层状氢氧化物材料。

32、进一步优选地，在85～95℃条件下磁力搅拌0.5～1.5小时。

33、进一步优选地，所述第三溶剂选自乙醇和/或甲醇。

34、更进一步地，所述第三溶剂选自乙醇。

35、进一步优选地，所述zif-67和所述六水硝酸镍的投料质量比为2～4:1，例如2.5:1、3:1、3.5:1。

36、更进一步地，所述zif-67和所述六水硝酸镍的投料质量比为2.5～3.5:1。

37、本申请制备过程中溶剂的用量只需要保证溶剂过量即可，无特殊要求。

38、与现有技术相比，本发明具有如下优势：

39、本发明的聚酰亚胺复合材料是通过采用经peg改性的层状氢氧化物与聚酰亚胺混合得到，具有操作简单、合成路线简单、反应条件温和的优势；本发明所提供的聚酰亚胺复合材料渗透性能好、选择性好以及稳定性强，有效改善了h2/co2气体分离效率和选择性。

技术特征：

1.一种聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述聚酰亚胺复合材料由改性层状氢氧化物材料与聚酰亚胺混合得到，其中，所述改性层状氢氧化物材料为经peg改性的层状氢氧化物材料。

2.根据权利要求1所述的聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述peg与所述层状氢氧化物材料的质量比为0.01～0.15:1。

3.根据权利要求1所述的聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述层状氢氧化物材料为co-ni层状双金属氢氧化物、fe-co层状双金属氢氧化物、fe-ni层状双金属氢氧化物中的一种或多种；和/或，所述聚酰亚胺复合材料呈膜状。

4.根据权利要求1所述的聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述改性层状氢氧化物材料与所述聚酰亚胺的质量比为0.2～0.8:1。

5.一种根据权利要求1至4中任一项所述的聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，在100～180℃条件下进行所述水热处理2～6小时；和/或，步骤(1)中，所述水热处理前，对反应体系进行超声搅拌1～3小时；和/或，步骤(1)中还包括：所述水热处理后，产物经洗涤、离心、干燥后得到所述改性层状氢氧化物材料。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述混合在超声搅拌条件下进行4～6小时；和/或，步骤(2)中还包括：将混合后的体系平铺并在50～70℃下干燥40～50小时后得到呈膜状的所述聚酰亚胺复合材料。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂选自甲醇、乙醇和丙酮中的一种或多种；和/或，所述第二溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇和丙酮中的一种或多种。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括制备层状氢氧化物材料的步骤，其包括：在第三溶剂中加入zif-67和六水硝酸镍，在80～100℃条件下磁力搅拌0.5～2小时，经洗涤、离心、干燥得到层状氢氧化物材料。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述第三溶剂选自乙醇和/或甲醇；

技术总结
本发明提供一种聚酰亚胺复合材料及其制备方法，所述聚酰亚胺复合材料由改性层状氢氧化物材料与聚酰亚胺混合得到，其中，所述改性层状氢氧化物材料为经PEG改性的层状氢氧化物材料。本发明提供的聚酰亚胺复合材料能够有效改善H<subgt;2</subgt;/CO<subgt;2</subgt;气体分离效率和选择性，本发明提供的聚酰亚胺复合材料的制备方法具有工艺简单、易操作且反应条件温和等优势。

技术研发人员：周成,夏宇,汪统江,隋裕雷
受保护的技术使用者：苏州巨峰电气绝缘系统股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15