[發(fā)明專利]使用熱誘導的自組裝在載體上快速沉積多微孔材料薄膜(或涂層)的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380066475.4
• 申請日: 2013-10-22
• 公開（公告）號: CN105050699A
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發(fā)明（設計）人: 鄭海權(quán);米拉爾·N·沙;權(quán)赫泰
• 申請（專利權(quán)）人: 得克薩斯A&M大學體系
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D71/06;B01D67/00;B01D69/02;B01D53/22
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11204
• 代理人: 王達佐;洪欣

發(fā)明背景

本發(fā)明涉及氣體分離領(lǐng)域，且更具體而言涉及金屬有機骨架(MOF)如沸石-咪唑酯骨架(ZIF)的構(gòu)建，以用作通過使用快速熱沉積或反向擴散在基底上沉積材料的方法而制備的氣體分離膜。

金屬有機骨架如沸石-咪唑酯骨架，是一類有機-無機混合材料。金屬有機骨架通常為結(jié)晶的，并且具有配位到有機連接子的金屬中心。已發(fā)現(xiàn)金屬有機骨架可用于氣體分離，如氣體分離膜應用。

基于節(jié)能膜的氣體分離是常規(guī)分離技術(shù)如蒸餾的有吸引力的替代方法。對于膜應用，金屬有機骨架材料在多孔載體上為薄膜形式。多晶的金屬有機骨架膜可通過幾種不同的方法制備。常規(guī)的方法包括原位生長和二次生長。這樣的常規(guī)方法具有許多缺點，如較慢的批處理，這可妨礙這些膜的商業(yè)應用。另外，這樣的常規(guī)方法的缺點包括可擴展性和再生性不足。其他缺點包括載體低效和晶界瑕疵。另外，一旦膜破裂將沒有有效的方法來愈合有缺損的膜。

因此，需要改善的能夠制備克服上述所有缺點的金屬有機骨架膜和薄膜的合成方法。

一些優(yōu)選實施方案的概述

在一個實施方案中，本領(lǐng)域的這些和其他需求通過制備金屬有機骨架的方法得到了解決，所述方法包括：將多孔載體與包含金屬和溶劑的溶液接觸；將多孔載體與包含配體和溶劑的溶液接觸；以及加熱所述載體一段時間，所述時間適合基本上蒸發(fā)掉所述溶液并在所述載體的表面和孔上產(chǎn)生晶體。

在一個實施方案中，本領(lǐng)域的這些和其他需求通過制備金屬有機骨架的方法得到了解決，所述方法包括：以第一溶液將多孔載體飽和；將所述飽和的多孔載體浸沒于第二溶液中；將所述浸沒的、飽和的多孔載體密封于加熱的反應器中使得不可能蒸發(fā)；允許所述加熱的、浸沒的、飽和的多孔載體在所述載體的表面和孔上產(chǎn)生晶體。

在一個實施方案中，本領(lǐng)域的這些和其他需求通過制備金屬有機骨架的方法得到了解決，所述方法包括：以第一溶液飽和多孔載體；將所述飽和的多孔載體浸沒于第二溶液中；將所述浸沒的、飽和的多孔載體密封于反應器中使得不可能蒸發(fā)；將所述浸沒的、飽和的多孔載體暴露至微波輻照，從而在所述載體的表面和孔上產(chǎn)生晶體。

在一個實施方案中，本領(lǐng)域的這些和其他需求通過在基底上快速沉積功能材料的快速熱沉積方法得到了解決。在實施方案中，所述沉積通過熱驅(qū)動力(即，強的熱驅(qū)動力)和濃度驅(qū)動力完成。所述材料可為通過在固相表面上進行基于溶液的自組裝制備的任何材料。在一個實施方案中，所述材料為納米多孔材料。

本領(lǐng)域的這些和其他需求在快速熱沉積方法的另一實施方案中得到了解決，其中所述材料為金屬有機骨架。所述方法包括將所述材料的化學組分溶解于溶液中。將所述溶液沉積在基底上。所述基底處于升高的溫度。在實施方案中，所述基底維持在較高的溫度。不受理論的限制，所述熱驅(qū)動力誘導所述組分在所述載體的表面和孔上自組裝成所述目標材料的薄膜。在實施方案中，所述快速熱沉積方法可包括催化劑。

本領(lǐng)域的這些和其他需求在又一實施方案中得到了解決，其中所述快速熱沉積方法包括反向擴散。在實施方案中，所述反向擴散方法制備了金屬有機骨架薄膜和膜。在一個實施方案中，所述反向擴散方法包括用金屬前體溶液飽和載體。然后將所述飽和的載體插入至配體溶液中并加熱，以在所述載體上提供金屬有機骨架膜。在可選的實施方案中，所述反向擴散方法包括以配體溶液浸泡載體。在用配體溶液浸泡后，所述反向擴散方法的實施方案包括用金屬前體溶液浸泡所述載體。在實施方案中，所述配體和/或金屬溶液可包含催化劑如去質(zhì)子化試劑(例如，甲酸鈉)。

上文相當廣義地概括了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)勢，以便可以更好地理解本發(fā)明的以下詳細描述。下文將描述本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢，其形成了本發(fā)明所述的權(quán)利要求的主題。本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解，可容易地將公開的概念和具體實施方案用于修改或設計實施本發(fā)明的相同目的的其他實施方案的基礎。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應當理解，這樣的等同實施方案不脫離如所附權(quán)利要求中所示的本發(fā)明的精神和范圍。

附圖說明

這些附圖說明了本方法的一些實施方案的某些方面，并且不應當用于限制或界定所述方法。

圖1示出了根據(jù)某些實施方案的快速熱沉積方法；

圖2示出了根據(jù)某些實施方案的反向擴散快速熱沉積方法；

圖3示出了根據(jù)某些實施方案的膜愈合反向擴散快速熱沉積方法；

圖4示出了根據(jù)某些實施方案的微波晶種快速熱沉積方法；

圖5示出了根據(jù)某些實施方案的通過快速熱沉積生成的膜相對于通過二次生長生成的膜的單一氣體透過率。

優(yōu)選實施方案的詳細描述