[發明專利]離子液體@中空多面體填充的混合基質膜及制備方法和應用

在審

• 申請號: 201811529482.4
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109663512A
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 李雪琴;丁思遠;張海洋;保守瑋
• 申請（專利權）人: 石河子大學
• 主分類號: B01D71/80
• 分類號: B01D71/80;B01D71/06;B01D71/02;B01D69/12;B01D67/00;B01D53/22
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 鐘國

本發明公開了一種離子液體@中空多面體填充的混合基質膜，該混合基質膜包括：作為基體的聚醚?聚酰胺嵌段共聚物，以及填充在基體中的離子液體@中空多面體，所述的聚醚?聚酰胺嵌段共聚物與所述的離子液體@中空多面體的質量比為1∶0.02～1∶0.08；其中，所述的離子液體@中空多面體具有核殼結構，離子液體為核，中空多面體為殼。該混合基質膜可以有效克服高分子膜的“trade?off”效應，對CO₂/CH₄混合氣的滲透選擇性超過了2008 Robeson上限，可用于分離CO₂/CH₄混合氣。

技術領域

本發明涉及一種離子液體@中空多面體填充的混合基質膜及制備方法和應用。

背景技術

油田伴生氣的主要成分甲烷(CH₄)，是一種重要的化工原料和清潔能源。然而近些年，為提高原油收率，采用CO₂驅采油技術(向油層注入CO₂氣體)使得伴生氣中含有大量CO₂等酸性氣體。這些酸性氣體會降低燃氣熱值，腐蝕輸送管道、設備，嚴重影響伴生氣的集輸處理。因此，使用前必須脫除這些酸性氣體。相較于傳統的吸收法、吸附法和深冷分離等CO₂分離方法，膜分離是一種占地面積小、操作簡便、節能環保、分離效率高的新型分離方法。

目前，氣體分離膜種類主要分為高分子膜、無機膜和高分子-無機雜化膜(混合基質膜)。幾乎所有高分子膜都存在一個共同的問題：氣體滲透系數大的膜，其分離選擇系數較低；反之亦然，即“trade-off”效應。無機膜雖然沒有受到“trade-off”的制約，但其材料本身較脆，易產生缺陷且造價高。混合基質膜結合了有機膜與無機膜的優點，作為一種可以克服“trade-off”效應的一類膜材料已成為本領域的研究熱點。混合基質膜由高分子相和無機相(填充劑)構成，目前常用填充劑有碳納米管(CNT)、氧化石墨烯(GO)、水滑石(層狀雙金屬氫氧化物，LDH)、沸石、金屬有機框架(MOF)等，其中LDH是由帶正電荷的主層板和層間的陰離子組成，其層間陰離子可交換和自由移動，并且層間陰離子受主層板上正電荷平衡作用不會流失。

近些年，中空結構在緩釋膠囊、藥物運輸、輕質填充、催化、選擇吸附以及氣體分離等方向受到了極大關注，但其中空結構往往呈球狀，多面體的報道并不多見。

ZIF-67是一種屬立方晶系的沸石咪唑骨架多面體材料，其合成方法簡單，使用硝酸鈷與2-甲基咪唑在甲醇溶液中室溫下即可合成。Zhen Jiang等(Nanoscale，2013，5，11770-11775)報道了以ZIF-67為模板，通過與金屬硝酸鹽在液相中的反應生成具有中空多面體結構的NiCo-LDH和MgCo-LDH。

發明內容

本發明的目的在于根據上述背景技術的現狀，提供了一種離子液體@中空多面體填充的混合基質膜及制備方法和應用。

為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案：

離子液體@中空多面體填充的混合基質膜，包括：

作為基體的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物，以及填充在基體中的離子液體@中空多面體，所述的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物與所述的離子液體@中空多面體的質量比為1∶0.02～1∶0.08；

其中，所述的離子液體@中空多面體具有核殼結構，離子液體為核，中空多面體為殼。

優選地，所述殼為Ni-Co層狀雙金屬氫氧化物。

優選地，所述離子液體為1-己基-3-甲基咪唑雙三氟甲黃酰亞胺鹽。

優選地，所述中空多面體通過如下方式得到：以ZIF-67為模板，將硝酸鎳與ZIF-67在溶劑中混合反應，干燥，得到中空多面體，其中，所述ZIF-67和硝酸鎳的質量比為1∶3～1∶5。