[發(fā)明專利]一種混合基質(zhì)膜及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710982716.X
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107737535B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖強(qiáng);鄭璐康;陳琦;吳云琴
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類號: B01D71/70
• 分類號: B01D71/70;B01D67/00;B01D53/22
• 代理公司: 杭州宇信知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 33231
• 代理人: 黃鐵軍

本發(fā)明涉及一種混合基質(zhì)膜及其制備方法，該混合基質(zhì)膜由開孔的MFI型沸石納米片和聚二甲基硅氧烷組成，開孔的MFI型沸石納米片的質(zhì)量含量為0.05％～20％。制備方法包括先制備無有機(jī)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的多層MFI型沸石，再剝離制備開孔的MFI型沸石納米片，然后與有機(jī)聚合物混合制備成膜。該沸石納米片混合基質(zhì)膜具有高的氣體滲透率和選擇性，在CO₂?N₂、CO₂?CH₄、烷烴異構(gòu)體混合氣分離方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種混合基質(zhì)膜及其制備方法，具體涉及一種沸石納米片混合基質(zhì)膜及其制備方法和應(yīng)用，尤其是一種開孔的MFI型沸石納米片和聚二甲基硅氧烷(PDMS)組成的混合基質(zhì)膜及其制備方法用。

背景技術(shù)

分離膜是在20世紀(jì)初出現(xiàn)，20世紀(jì)60年代后迅速崛起的一門分離新技術(shù)。膜分離技術(shù)由于兼有分離、濃縮、純化和精制的功能，又有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級過濾及過濾過程簡單、易于控制等特征，目前已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、生物、環(huán)保、化工等領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，已成為當(dāng)今分離科學(xué)中的重要技術(shù)之一。

高分子膜成本低、加工性好，已經(jīng)廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域混合氣體的分離。但是Robeson分析了大量的高分子膜氣體分離數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)具有高滲透系數(shù)的高分子膜選擇性都不太理想，而選擇性較好的膜滲透性能卻較差，即存在Robeson上限(J.MembraneSci.2008,320,390-400.)。

混合基質(zhì)膜是將無機(jī)材料作為填料加入到高分子基質(zhì)中，可提高高分子膜的分離性能。尤其是加入對待分離體系有選擇性的無機(jī)多孔材料，能同時(shí)兼顧無機(jī)膜與高分子膜的優(yōu)點(diǎn)，得到高滲透系數(shù)和高選擇性的混合基質(zhì)膜。

中國專利(CN101084052A)公開了一種分子篩多孔材料和聚合物材料形成的混合基質(zhì)膜，與由純聚合物制備的膜相比，該混合基質(zhì)膜的CO₂滲透性提高至少30％，而選擇性的任何降低不超過10％。

Hu S等人(Journal ofMembrane Science 2017,533,270-278)報(bào)道了一種silicalite-1/PDMS膜的制備方法，該方法使用微米級的silicalite-1沸石顆粒為填料，經(jīng)改性后加入到PDMS中，制備了silicalite-1/PDMS混合基質(zhì)膜。相比于PDMS膜，混合基質(zhì)膜對丁醇溶液的分離因子和通量分別提高了83.6％和19.7％。

采用沸石分子篩顆粒作為填料時(shí)，沸石分子篩顆粒在聚合物基質(zhì)溶液中容易發(fā)生聚沉，難以均勻穩(wěn)定的分散在成膜液中，導(dǎo)致混合基質(zhì)膜中沸石分子篩顆粒分散不均。此外，沸石分子篩顆粒作為填料制得的混合基質(zhì)膜的分離選擇性相比純聚合物膜提高不大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具有高的氣體滲透率和選擇性的混合基質(zhì)膜及其制備方法。

為解決該技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種混合基質(zhì)膜，該混合基質(zhì)膜由開孔的MFI型沸石納米片和聚二甲基硅氧烷(PDMS)組成，開孔的MFI型沸石納米片的質(zhì)量含量為0.05％～20％?；旌匣|(zhì)膜中開孔的MFI型沸石納米片面厚比大于50。

一種混合基質(zhì)膜的制備方法，制備過程包括將多層MFI型沸石剝離得到開孔的MFI型沸石納米片，然后與PDMS混合制備成膜，具體步驟如下：

(1)向多層MFI型沸石中添加濃硫酸，攪拌后，添加30％的雙氧水，攪拌混合均勻后，80℃下處理24小時(shí)，離心回收固形物。重復(fù)上述處理過程3次，得到無有機(jī)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑(OSDA)的多層MFI型沸石。將無OSDA的多層MFI型沸石分散在水溶液中，然后洗滌、超聲、純化、回收得到開孔的MFI型納米沸石片。

(2)將開孔的MFI型沸石納米片分散到乙醇中，混勻超聲分散，隨后回收沸石納米片；