[發明專利]一種基于多壁碳納米管穿插ZIF-8-聚醚嵌段酰胺的氣體分離膜

在審

• 申請號: 201910975872.2
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110585863A
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 薛慶忠;李瀟;常曉;李坤;李小芳;祝磊
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(華東)
• 主分類號: B01D53/22
• 分類號: B01D53/22;B01D67/00;B01D71/56
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于膜分離技術領域，具體涉及一種基于多壁碳納米管穿插ZIF?8?聚醚嵌段酰胺的氣體分離膜及其制備方法；其制備方法是首先利用強酸將多壁碳納米管氧化，再用簡單的攪拌法制備了多壁碳納米管穿插ZIF?8復合結構(MWCNTs@ZIF?8)，取一定量的MWCNTs@ZIF?8超聲分散于乙醇與水(質量比7:3)的混合溶液中，得到均勻的分散液A；再將一定量的聚醚嵌段酰胺溶于等量的上述溶液中，攪拌至完全溶解，得到分散液B；將分散液A和B混合，對混合液作超聲脫氣處理后，將混合液倒入培養皿中干燥成膜，得到一種基于多壁碳納米管穿插ZIF?8?聚醚嵌段酰胺的氣體分離膜。相比于聚醚嵌段酰胺分離膜，該氣體分離膜具有較高的氣體滲透系數與分離系數，在氣體分離領域具有重要的應用前景。

技術領域

本發明屬于膜分離技術領域，具體涉及一種基于多壁碳納米管穿插ZIF-8-聚醚嵌段酰胺的氣體分離膜及其制備方法。

背景技術

高分子膜具有良好的機械性能以及熱穩定性，因此被廣泛用于氣體分離領域。但是，大部分高分子膜的氣體選擇性和滲透性不能夠同時提高，即二者之間存在羅伯遜上限，這降低了高分子氣體分離膜的應用價值。

為了同時提高高分子膜的滲透系數與分離系數，研究人員將納米材料，如納米二氧化鈦、納米二氧化硅和金屬有機骨架(MOFs)等，與高分子復合，制備出氣體分離性能優異的高分子復合膜。其中，金屬有機骨架因其自身的優異性能被廣泛應用于高分子氣體分離膜的制備中。據Jin等人報道，由于金屬有機框架具有多孔結構和較大的比表面積，以至于對氣體產生篩分的作用從而增加選擇性，并增加了自由體積，加快了氣體分子的傳輸速率[Journal of Membrane Science,2016,513,155-165]。然而，MOFs-polymer混合基質膜還面臨以下幾個挑戰：1.MOFs在聚合物中的分散性差；2.氣體分子在聚合物基質中的傳輸路徑依舊過長；3.混合基質膜的機械性能下降。多壁碳納米管具有較高的機械性能，良好的熱穩定性，光滑的內壁，氣體分子可以在其內部快速傳輸，而且將多壁碳納米管氧化后其分散性會得到極大改善[ChemNanoMat,2017,3,560-568]。Zhao等人報道將少量功能化的多壁碳納米管摻雜進Pebax基質中，其透氣性及選擇性增加，顯著改善了膜的氣體分離性能[Journal of Membrane Science,2017,521,104-113]。

為了獲得性能優異的高分子復合膜，我們利用攪拌法制備出氧化多壁碳納米管穿插ZIF-8的復合結構，該結構結合了兩種材料的優點。我們將其應用在聚醚嵌段酰胺氣體分離膜中，首次制備出多壁碳納米管穿插ZIF-8-聚醚嵌段酰胺氣體分離膜。該氣體分離膜成本低廉，具有極高的氣體滲透系數與分離系數，在氣體分離膜領域具有重要的應用前景。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于多壁碳納米管穿插ZIF-8-聚醚嵌段酰胺的氣體分離膜及其制備方法。

下面簡要闡述本發明的實現過程。首先利用強酸將多壁碳納米管氧化，再用簡單的攪拌法制備了多壁碳納米管穿插ZIF-8復合結構(MWCNTs@ZIF-8)，取一定量的MWCNTs@ZIF-8超聲分散于乙醇與水(質量比7:3)的混合溶液中，得到均勻的分散液A；再將一定量的聚醚嵌段酰胺溶于等量的上述溶液中，攪拌至完全溶解，得到分散液B；將分散液A和B混合，對混合液作超聲脫氣處理后，將混合液倒入培養皿中干燥成膜，得到一種基于多壁碳納米管穿插ZIF-8-聚醚嵌段酰胺的氣體分離膜。

本發明所述一種基于多壁碳納米管穿插ZIF-8-聚醚嵌段酰胺的氣體分離膜的制備方法，其步驟如下：

(1)將0.3g多壁碳納米管分散于HNO₃和H₂SO₄(3:1)的混合溶液中，80℃水浴攪拌3h，真空抽濾收集產物并水洗至中性，80℃干燥一晚得到干燥的氧化多壁碳納米管；