聚酰亚胺基气体分离膜的专利技术研究进展

王如军

国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心 广东广州 510700

聚酰亚胺作为膜气体分离材料，具有突出的综合性能，但是也存在缺点，主要是容易塑化导致其分离性能降低，应用受限。在更多的应用需求下，对于聚酰亚胺膜的分离性能的提升是亟待解决的；通过解决易塑化的问题，来提高聚酰亚胺膜的分离性能是主要的途径，现有技术中已经存在大量的通过物理改性和化学改性方法来提高聚酰亚胺膜的气体分离性能的方法，通过结构的改变，制备出新型的聚酰亚胺膜材料，通过热处理、交联和共聚等方法对聚酰亚胺进行改性就能够一定程度上解决易塑化的问题，从而提高了膜气体分离性能；本文综述了在专利技术方面的相关进展。

1 聚酰亚胺分子结构改造方法

聚酰亚胺是通过缩聚得到的芳香环或者脂肪环高聚物，选择何种结构的二酐和二胺是影响气体分离性能的关键因素，通过合成或者选择新的二胺或二酐是制备较好分离性能的聚酰亚胺膜材料的有效方法之一。

武德珍等[1]通过在聚酰亚胺体系中引入六氟二酐等含氟单体进行聚合，由于三氟甲基的存在，其所占据的体积大，聚酰亚胺的分子链的堆叠的密度减小了，有效解决了聚酰亚胺分子原本堆叠密度大所带来的渗透性能差的问题，这种新型的膜材料可用于二氧化碳的捕集等。

2 聚酰亚胺的交联改性

聚酰亚胺通过交联的方式可以提高气体的分离选择性能，但同时也可能导致透气性能的降低，当然有些交联也能够实现两种性能的同时提升。

2.1 紫外交联

刘春青等[2]采用具有紫外可交联的磺酸或羰基基团作为聚酰亚胺的原料，制备得到聚酰亚胺膜，通过紫外照射该膜引发交联的方式得到最终的聚酰亚胺膜，该膜具有较高的二氧化碳渗透率以及具有更好的二氧化碳/甲烷的分离选择性。

2.2 化学交联

曹义鸣等[3]采用聚醚胺对聚酰亚胺进行化学交联，得到均质膜，该膜材料在二氧化碳透气性和二氧化碳/氢气和二氧化碳/氮气分离性能上都有很大的提高。

3 聚酰亚胺的共聚改性

王丽娜等[4]利用聚醚胺以及聚酰亚胺的单体在非质子极性溶剂中聚合得到聚醚共聚酰亚胺平板气体分离膜；与其他传统高分子膜相比，更易渗透二氧化碳。

4 聚酰亚胺的共混改性

聚合物共混改性也常用于聚酰亚胺性能的提升应用中。

4.1 聚酰亚胺/聚合物共混改性

鲁云华等[5]通过溶剂热法制备具有三维花状结构的聚酰亚胺，再将其与高分子基底材料复合涂膜、热处理得到含三维花状碳材料的MMMs；三维花状碳材料使得其具有更高的比表面积，特别是对二氧化碳更加亲和，能够有效提升二氧化碳的渗透选择性。

4.2 聚酰亚胺/无机纳米粒子的共混改性

肖国勇等[6]通过原位法将GO添加到聚酰亚胺中共混制备得到的聚酰亚胺复合膜，再经过惰性气体条件下的高温热处理得到该混合基质气体分离膜；所制备的混合基质气体分离膜材料具有渗透分离性能优异、热稳定性较好以及抗塑化性能优异等优点，相比传统的聚酰亚胺气体分离膜材料具有其独特的优势。

4.3 聚酰亚胺/MOFs的共混改性

郑文姬等[7]通过制备MOFs“油墨”，与高分子溶液混合刮涂得膜，待溶剂完全挥发后，最终得到气体分离膜，该膜气体分离性能好，可以解决传统MMMs中其他添加剂含量过高容易团聚造成的气体分离性能差的问题，该膜中其MOFs的含量可以达到70%，对二氧化碳/氮气、二氧化碳/甲烷、氢气/氮气、氢气/二氧化碳等混合气体的较好分离选择性。

5 聚酰亚胺的辐照改性

刘暘等[8]采用电离辐照对聚酰亚胺中空纤维膜进行处理，得到最终的气体分离膜，电离辐射包括γ射线和X射线，γ射线包括60Co-γ射线和137Cs-γ射线，该膜对二氧化碳/甲烷混合气体具有优异的分离性能，通过辐照改性提高了聚酰亚胺莫对于二氧化碳气体的渗透选择性。

6 结语

对聚酰亚胺主要的改性方法有很多种，开发新型的交联改性、MMMs等是今后的重要研究方向；由于部分能源的不可再生性，能源的需求却在增加，更低廉的价格活的能源以及更高校的利用能源是解决这个问题的主要手段，使其对于甲烷/二氧化碳和氢气/二氧化碳的气体分离性能能够在特定的条件性得到有效提升，从而使得能源的获取变得更加容易和价格更加低廉，这是以后膜气体分离材料的研究方向。