[發明專利]一種多孔粒子MCM-41-ZIF-8/PDMS滲透汽化雜化膜、制備與應用

有效

• 申請號: 201410081153.3
• 申請日: 2014-03-06
• 公開（公告）號: CN103816814A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 紀樹蘭;高靜;張蓉;李建榮;秦振平
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B01D69/12
• 分類號: B01D69/12;B01D71/70;B01D67/00;B01D61/36
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于膜分離技術領域，特別涉及在介孔分子篩MCM-41表面原位生長金屬有機框架材料ZIF-8及其滲透汽化優先透醇雜化膜的制備及應用。

背景技術

目前，優先透醇膜技術仍是滲透汽化領域的研究重點之一，因有機膜與無機膜具有不可避免的缺點，制備有機-無機雜化膜是當前滲透汽化膜領域的發展趨勢。許多學者將疏水改性后的Zeolite、Silicalite、碳納米管等無機粒子與有機聚合物共混制備雜化膜，研究發現，填充無機粒子可以有效改善膜的分離性能，尤其是膜的選擇性有了較大的提高。但由于單一孔徑無機粒子自身的結構特性，不能同時提高雜化膜的滲透通量與分離因子，使兩者之間呈現出Trade-off現象。因此，合成一種包含介孔與微孔的多種孔徑的雜化粒子，成為制備具有較好選擇性和較高滲透通量的有機-無機雜化膜的關鍵。

ZIF-8是一種常見的金屬有機框架（MOF）材料，其化學式為Zn[MelM]2(MelM=2-甲基咪唑)，具有比表面積大、合成簡單且迅速、化學結構靈活以及超疏水等優點。由于ZIF-8晶體中含有四面體ZnN4晶格，并且這些晶格由2-甲基咪唑環連接，使其對醇類具有較好的吸附性。

但是目前還沒有公開MCM-41與ZIF-8復合/PDMS優先透醇雜化膜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多孔粒子MCM-41-ZIF-8/PDMS優先透醇雜化膜及制備，進一步提高有機/無機雜化復合膜的綜合性能。

一種多孔粒子MCM-41-ZIF-8/PDMS滲透汽化雜化膜，其特征在于，所述的滲透汽化雜化膜中MCM-41-ZIF-8為介孔分子篩MCM-41的表面通過羥基（-OH）鍵合Zn2+原位生長ZIF-8合成的多孔粒子MCM-41-ZIF-8，多孔粒子MCM-41-ZIF-8/PDMS滲透汽化雜化膜為硅烷偶聯劑改性后的MCM-41-ZIF-8與PDMS雜化所得的多孔粒子MCM-41-ZIF-8/PDMS滲透汽化雜化膜。

一種多孔粒子MCM-41-ZIF-8/PDMS滲透汽化雜化膜的制備與應用，其特征在于，包括以下步驟：

（1）多孔粒子MCM-41-ZIF-8的合成以及改性方法：①稱取介孔分子篩MCM-41浸泡于含有Zn（NO₃）₂·6H₂O的甲醇中，抽真空條件下室溫攪拌10-30min,離心，甲醇清洗3-4次,此過程重復3-4次，得產物①；②將產物①浸泡于含有2-甲基咪唑的甲醇中，室溫攪拌0.5-1h，離心，甲醇清洗2-3次，乙醇離心清洗3-4次；③將步驟②的產物分散在正庚烷中，向懸浮液中滴加硅烷偶聯劑，室溫反應8-12h,離心，正庚烷清洗2-3次，干燥，研磨，待用；

（2）聚砜膜的處理方法：將工業化聚砜（PSf）膜用去離子水清洗后，置于乙醇質量含量為30wt.%的乙醇/水溶液中浸泡12-24h，取出，烘干，再置于去離子水浸泡6-24h,待用；

（3）有機/無機雜化復合膜的制備：首先，將PDMS溶于有機溶劑中，攪拌1-2h，然后加入步驟（1）所得疏水改性多孔粒子MCM-41-ZIF-8，其中疏水改性多孔粒子MCM-41-ZIF-8與PDMS的質量比例為1:20-3:10，超聲分散得到懸浮液，將交聯劑、催化劑滴加到以上配制的懸浮液中，攪拌均勻得鑄膜液，其中PDMS、交聯劑、催化劑的質量比優選為（1-3）:（0.1-0.5）:（0.005-0.02）；利用涂覆法將鑄膜液復合至經步驟（2）預處理的基膜上，置于干燥的空氣中自然晾干，在90℃的烘箱中干燥8-12h。

步驟（1）中含有Zn（NO₃）₂·6H₂O的甲醇優選每2.9g?Zn（NO₃）₂·6H₂O對應200ml甲醇。

硅氮烷偶聯劑優選為1,1,3,3-四甲基二硅氮烷、1,3-二正辛基四甲基硅氮烷中的任意一種。

步驟（1）中所述的多孔粒子MCM-41-ZIF-8與硅烷偶聯劑的質量比優選為1:0.5-1:2之間。

步驟（3）中所述的PDMS的黏度優選在3000mPa·S-10000mPa·S之間。

步驟（3）中所述的有機溶劑優選為甲苯、氯苯、正庚烷的任意一種。

步驟（3）中所述的交聯劑優選為正硅酸乙酯和辛基三甲氧基硅烷中的任意一種。

步驟（3）中所述的催化劑優選為二丁基錫月桂酸。

本發明的雜化膜用于醇水的分離。