[發明專利]一種新型金屬有機骨架ZIF-300膜的制備方法

有效

• 申請號: 201811256018.2
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN109304102B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 金萬勤;袁建偉;劉公平
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01D71/06
• 分類號: B01D71/06;B01D69/10;B01D69/02;B01D67/00;C02F1/44;C02F101/20
• 代理公司: 南京新慧恒誠知識產權代理有限公司 32424
• 代理人: 鄧唯

本發明涉及一種新型金屬有機骨架ZIF?300膜的制備方法。該膜采用片式陶瓷膜為支撐體，通過浸漬?提拉的方法在支撐體表面制備一層晶種層，然后再通過二次生長反應制備出連續、完整無缺陷的金屬有機骨架ZIF?300膜。所制備的新型金屬有機骨架ZIF?300膜可用于有機染料、重金屬離子的截留、氣體分離等研究領域。本發明所制備的新型金屬有機骨架ZIF?300膜不僅在水處理領域、氣體分離領域表現出了良好的應用前景，而且制作工藝簡單，易于工業放大制備。

技術領域

本發明涉及一種新型金屬有機骨架ZIF-300膜的制備方法，制備的新型金屬有機骨架膜可用于有機染料、重金屬離子的截留、氣體分離等研究領域。

背景技術

近些年，隨著工業的大規模發展，如電鍍行業、采礦、電池、制革廠、煉油、油漆、農藥和染料行業等所產生的重金屬離子被直接或間接的排放到環境中，造成大面積的環境污染。與其他有機污染物不同的是，重金屬離子是生物不可降解的并且對身體有很嚴重的傷害，會造成人體許多的疾病。因此，廢水中的重金屬離子必須在排放之前被收集起來集中處理。膜分離技術由于其低成本、分離效率高以及節能的優勢在水處理領域扮演著越來越重的角色。

金屬有機骨架材料作為一種新型的膜分離材料，因其可調的孔徑、較高的比表面積和可功能化等優點在分離領域受到了專家學者們越來越多的關注。與傳統的聚合物膜相比，它不僅克服了聚合物的溶脹問題，同時比沸石分子篩更具柔韌性，可在一定程度上解決金屬有機骨架膜在生長的過程中與陶瓷支撐體兼容性不好的狀況。因此，金屬有機骨架材料作為一種新型的膜分離材料在膜分離領域具有良好的應用前景。目前，金屬有機骨架材料在水處理領域的應用成為了一個難點。許多的金屬有機骨架材料在水中的結構穩定性較差，分離性能較低。

為此，本發明致力于開發結構穩定性優異的金屬有機骨架膜。制作方法簡單、操作成本低、穩定性強，對規模化的生產以及實際應用具有非常重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于制備出高滲透通量、高分離性能、結構穩定性好、低成本和制備工藝簡單的新型金屬有機骨架ZIF-300膜。

本發明的技術方案為：一種新型金屬有機骨架ZIF-300膜的制備方法，其制備步驟包括：

一種新型金屬有機骨架ZIF-300膜的制備方法，其具體步驟如下：

步驟1：陶瓷支撐體的預處理：將陶瓷支撐體表面用砂紙打磨光滑，再用去離子水沖洗干凈后烘干備用；

步驟2：將金屬鋅鹽、有機配體和溶劑按照一定的比例混合均勻，進行合成反應；合成結束后將晶體離心并用溶劑洗滌，再真空干燥備用，得到金屬有機骨架材料；其中金屬鋅鹽的質量百分濃度為0.2-0.8％，有機配體的質量百分濃度為0.28-1％；合成溫度為80-120℃，合成時間為48-120h；

步驟3：將步驟2制得的金屬有機骨架材料超聲分散在溶劑中配制得晶種液，然后將晶種液靜置10-30min，再選取上層含有金屬有機骨架材料的液體，采用浸漬-提拉的方法在預處理后的支撐體表面制備一層金屬有機骨架晶種層，烘箱中烘干，得到表面有金屬有機骨架的支撐體；其中晶種液中金屬有機骨架材料的質量百分濃度為5-15％；浸漬提拉時間為1-3min；

步驟4：金屬有機骨架膜的制備：將金屬鋅鹽、有機配體及溶劑混合攪拌均勻配制制膜母液；將步驟3制得的表面有金屬有機骨架的支撐體放入反應釜中，加入配置好的制膜母液，在80-120℃條件下反應24-120h，結束后用溶劑將陶瓷膜表面沖洗干凈，再烘干，得到致密無缺陷的金屬有機骨架ZIF-300膜；其中金屬鋅鹽在母液中的質量百分濃度為0.3～1.2％；有機配體在母液中的質量百分濃度為0.3～1.3％。

優選陶瓷支撐體為氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、莫來石等陶瓷；可以為片式、管式或中空纖維等。

優選步驟1中所述的砂紙的目數為800-1600目。優選步驟2中所述的真空干燥的溫度為150-180℃，時間為24-72h。