[發明專利]中空ZIF-8納米顆粒填充的海藻酸鈉雜化膜及制備和應用

在審

• 申請號: 201810166715.2
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108380055A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 姜忠義;潘福生;程暄暄;程小坡;楊昊
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01D61/36
• 分類號: B01D61/36;B01D67/00;B01D69/12;B01D71/08;B01D71/42;C07C29/76;C07C31/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發明公開了一種中空ZIF?8納米顆粒填充的海藻酸鈉雜化膜，是由海藻酸鈉與中空ZIF?8質量比100:2～10構成；其中，中空ZIF?8是由二水合醋酸鋅和2?二甲基咪唑按摩爾比1:1制備而成。其制備步驟是：首先得到中空ZIF?8納米顆粒；然后，將中空ZIF?8納米顆粒分散于去離子水，與海藻酸鈉共混制得鑄膜液，將該鑄膜液旋涂于聚丙烯腈基膜后，經過干燥、交聯、再干燥制得該雜化膜。本發明具有制備過程簡便、可控性強、原料易得、方法通用等優點。制得的雜化膜用于滲透蒸發乙醇?水溶液體系，對水分子具有高滲透通量、高選擇性，同時該雜化膜在高溫下具有良好的操作穩定性。

技術領域

本發明涉及一種中空ZIF-8納米顆粒填充的海藻酸鈉雜化膜及制備和應用，屬于高分子-無機雜化膜技術領域。

背景技術

能源危機和環境污染是當今世界面臨的兩大全球問題。化石能源作為為世界經濟提供動力的主導能源，同時也是上述全球問題的主要成因。開發綠色可再生能源迫在眉睫。燃料乙醇是一種典型的可再生清潔能源，按一定比例將其加入到汽油或柴油中作為汽車等的燃料，可提高汽油和柴油的辛烷值及抗爆性，減少尾氣中氮氧化物等有毒氣體的排放。乙醇中水分的脫除是工業生產乙醇的一個重要步驟。工業上用于乙醇深度脫水的技術主要有特殊精餾(共沸精餾、萃取精餾等)、分子篩吸附和膜技術(滲透蒸發)。特殊精餾法能耗高，且共沸劑等第三組分的引入對環境污染嚴重，需二次分離進行回收；分子篩吸附法雖然自動化程度高、無污染，但吸附劑再生時所需的能耗較大；而滲透蒸發膜技術因具有操作簡單、產品純度高、原料損失小、無污染和能耗低等優點而備受青睞，尤其適合低水含量下水分的脫除。

滲透蒸發過程遵循溶解-擴散機理，利用乙醇和水的物性差異，可分別強化溶解過程和擴散過程。然而高分子膜材料存在滲透性和選擇性之間的trade-off效應，一直是高性能膜材料制備的瓶頸。高分子-無機雜化膜能夠綜合高分子和無機膜材料的優點，克服高分子膜穩定性差及無機膜質脆、不易加工的缺點，且具有雜化后衍生的高調控精度及高調控自由度等優點，已逐步成為膜和膜過程領域的前沿。

發明內容

針對現有技術，為了制備高滲透性、高選擇性和高穩定性的膜材料，本發明提供一種中空ZIF-8納米顆粒填充的海藻酸鈉雜化膜，旨在利用中空ZIF-8納米顆粒的孔道尺寸實現對水分子和乙醇分子的篩分，同時ZIF-8納米顆粒的中空結構設計可以為分子提供快速傳遞的通道。本發明同時提供了該中空ZIF-8納米顆粒填充的海藻酸鈉雜化膜的制備方法，該制備方法簡便可控，制備得到的中空ZIF-8納米顆粒填充的海藻酸鈉雜化膜具有較高的分離性能和穩定性能，可以用于滲透蒸發乙醇-水體系脫水。

為了解決上述技術問題，本發明提出的一種中空ZIF-8納米顆粒填充的海藻酸鈉雜化膜，是由中空ZIF-8納米顆粒與海藻酸鈉按質量比2～10:100構成；其中，中空ZIF-8納米顆粒是由二水合醋酸鋅和2-二甲基咪唑按摩爾比1:1制備而成，中空ZIF-8納米顆粒的粒徑為100～150nm，孔徑為0.34nm。

上述中空ZIF-8納米顆粒填充的海藻酸鈉雜化膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、中空ZIF-8納米顆粒的制備：

將適量的二水合醋酸鋅和聚乙烯吡咯烷酮溶解于水中得到水溶液，其中，二水合醋酸鋅和聚乙烯吡咯烷酮的質量比為13:16，聚乙烯吡咯烷酮與水的質量體積比為40mg/ml，將上述水溶液分散于正辛醇中，正辛醇與水的體積比為60:1，在500r/min條件下磁力攪拌30min得到均勻反相乳液；

將適量的2-二甲基咪唑溶于正辛醇中得到正辛醇溶液，其中，2-二甲基咪唑與正辛醇的質量體積比為62.5mg/ml再將該正辛醇溶液加入上述反相乳液中，保證二水合醋酸鋅和2-二甲基咪唑的摩爾比為1:1，輕晃幾秒后在室溫下靜置12～48h，得到白色沉淀物；將該白色沉淀物用甲醇離心洗滌后在40～120℃真空烘箱中干燥12h，得到的白色粉末狀固體即為中空ZIF-8納米顆粒；