[發(fā)明專利]一種具有片層和籠狀協(xié)同篩分作用的混合基質(zhì)膜的制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810587500.8
• 申請(qǐng)日: 2018-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN108745004B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張新儒;王永洪;張?zhí)?/a>;劉成岑
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D71/56
• 分類號(hào): B01D71/56;B01D67/00;B01D53/22
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發(fā)明公開一種具有片層和籠狀協(xié)同篩分作用的混合基質(zhì)膜的制備方法及應(yīng)用。制備方法為：首先在石墨化碳氮化物(g?C₃N₄)分散液中原位引入沸石咪唑骨架酯材料ZIF?8，然后將上述復(fù)合材料分散到聚醚嵌段酰胺共聚物中，采用溶液流延法制備出具有片層和籠狀協(xié)同篩分作用的聚醚嵌段酰胺氣體分離膜；所制備的膜為均質(zhì)致密膜，濕膜厚度控制在50~500μm。本發(fā)明提供的無機(jī)材料的制備過程易控，g?C₃N₄和ZIF?8的復(fù)合材料的納米片層間以及g?C₃N₄的三均三嗪環(huán)的孔為CO₂提供了通道；所制得的膜耐酸耐堿，柔韌性好，將其用于氣體分離，具有優(yōu)異的綜合性能；能有效地選擇性分離CO₂，為CO₂的傳遞提供了快速遷移通道。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有片層和籠狀協(xié)同篩分作用的混合基質(zhì)膜的制備方法及應(yīng)用，屬于氣體分離膜技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

混合基質(zhì)膜是一種將無機(jī)材料添加到有機(jī)高分子中的復(fù)合膜，由于其優(yōu)異的分離性能、制備簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，成為當(dāng)前研究者們研究的熱點(diǎn)。混合基質(zhì)膜中無機(jī)粒子的引入一方面打斷了分子鏈的堆積，加快了氣體分子的傳遞，提高了氣體的滲透性。另一方面，無機(jī)粒子不僅能增加對(duì)目標(biāo)氣體的親和力，而且還能提供與目標(biāo)氣體分子動(dòng)力學(xué)直徑匹配的擴(kuò)散通道，從而提高氣體的選擇性。因此，混合基質(zhì)膜能夠打破trade-off效應(yīng)，甚至超過Robeson上限。然而如果MMMs中聚合物和填充物之間界面相容性差，就可能產(chǎn)生無選擇性的空洞、出現(xiàn)聚合物的硬化和孔堵塞等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致膜性能的惡化。因此，聚合物和無機(jī)填料的選擇對(duì)MMMs的發(fā)展至關(guān)重要。

聚醚共聚酰胺是由PA聚酰胺硬鏈段和PE聚醚軟鏈段組成的一種熱塑性彈性體，聚酰胺結(jié)晶域提供機(jī)械強(qiáng)度，聚醚無定形區(qū)域提供高的滲透性。它是一種典型的已商業(yè)化了的橡膠態(tài)嵌段共聚物，具有很高的熱穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性、耐酸堿和耐有機(jī)溶劑性，成為最有發(fā)展前景的材料之一。

石墨化碳氮化物（g-C₃N₄）具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，并被證明是常溫常壓下最穩(wěn)定的氮化碳異形體。構(gòu)成石墨相g-C₃N₄的基本結(jié)構(gòu)單元是C₆N₇，其層間距約為0.326nm，g-C₃N₄上的C和N原子上的孤對(duì)電子可以相互作用形成類似苯環(huán)的大π鍵，進(jìn)而形成高度離域的共軛體系。除此之外，在熱縮合的過程中，平面末端會(huì)有結(jié)構(gòu)缺陷，存在氨基（-NH₂）和亞氨基（-NH）等官能團(tuán)。g-C₃N₄的這些特性均表現(xiàn)出其對(duì)CO₂很好的親和力，但用它來分離CO₂的研究很少，這可能是因?yàn)間-C₃N₄的層間距小于CO₂的分子尺寸，對(duì)CO₂的阻力較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種具有片層和籠狀協(xié)同篩分作用的混合基質(zhì)膜的制備方法及應(yīng)用，具體為在石墨化碳氮化物表面原位負(fù)載沸石咪唑酯骨架材料，并添加到聚醚嵌段酰胺共聚物PEBA中，將其應(yīng)用于CO₂/N₂的分離。應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)該混合基質(zhì)膜具有較高的CO₂滲透系數(shù)和分離因子。