[發明專利]二維層狀超分子骨架結構納米分離膜、制備方法及其在納米粒子分離中的應用

在審

• 申請號: 202010040371.8
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111203117A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 周延;張國華;李豹;吳立新
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B01D71/76
• 分類號: B01D71/76;B01D71/02;B01D67/00;C08G83/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

一種二維層狀超分子骨架結構納米分離膜、制備方法及其在納米粒子分離中的應用，屬于材料技術領域。本發明首先合成含一個末端為陽離子的甲基柱[5]芳烴鹵化物，再通過靜電相互作用結合雙負電荷Anderson?Evans型多金屬氧簇，得到有機?無機雜化的離子型主體復合物；其次合成四臂卟啉基客體分子；再次通過主?客體結合將主體復合物與客體分子在氯仿中靜置連接成正交聚合網絡，進而組裝為二維超分子骨架結構納米片；最后將上述納米片的粉末分散在二甲基亞砜?水的混合溶劑中，通過減壓過濾制成納米分離膜。該二維柔性超分子骨架結構納米分離膜具有納米尺度的孔徑，可實現納米尺度硬粒子的選擇性尺寸分離。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種二維層狀超分子骨架結構納米分離膜、制備方法及其在納米粒子分離中的應用。

背景技術

溶液分離是一種從混合物中選擇性分開某些特定物質的過程，特別是一些粒子體系，無論在工業生產和實驗室制備及分析都是非常重要的。傳統的分離技術包括物理和化學方法，如離心、電泳、磁性分離、蒸餾、選擇性沉淀、吸附分離等(X.M.Cao,CN208065932,2018-11-09；Y.Shen,M.Y.Gee,A.B.Greytak,Chem. Commun.2017,53,827)。依據尺度不同進行篩分的過濾分離方法，具有過程簡單快速、耗能低和價廉的特點。對于幾個納米以下的溶液中粒子和分子的過濾分離，目前主要是利用孔狀高分子膜和無機孔結構材料的納濾膜和反滲透膜實現的。根據尺度要求，通過厚度調節彌補孔徑分布大的缺陷，達到控制被分離物質大小的目的。雖然膜厚越大可以分離的尺度越小，但是這一路線通常與通量呈負相關，而且在大部分條件下都需要在一定壓力條件下進行。存在這些瓶頸問題的主要原因是已有的方法缺少對膜中孔尺寸的精確控制(L.Bai,X.Ma,J.Liu,X.Sun,D. Zhao,D.G.Evan,J.Am.Chem.Soc.2010,132,2333.)。最近利用各種納米層狀材料如石墨烯、多孔硅等發展起來的從分子層次設計膜結構的思路為獲得尺寸控制更加精確的高效過濾分離材料提供了誘人前景(Y.F.Zhou,Y.Zhu,P.P.Chen,W.Y. Nie,CN107138048B,2019-12-03；Y.P.Liu,D.K.Shen,G.Chen,A.A.Elzatahry,M. Pal,H.W.Zhu,L.L.Wu,J.J.Lin,D.Al-Dahyan,W.Li,D.Y.Zhao,Adv.Mater.2017, 29,1702274)。理想的納米分離膜在具備穩定的孔結構和良好機械性能的同時，還應該能通過厚度控制實現較大的通量和高的分離效率(C.Zhang,B.H.Wu,M.Q. Ma,Z.K,Wang,Z.K.Xu,Chem.Soc.Rev.2019,48,3811-3841)。當前納米尺度粒子分離膜的高通量主要依賴于降低膜厚度來實現，而較低的膜厚亦會降低分離效率，而且會增加制備難度和漏率可能性(S.X.Zhang,J.T.Zhang,W.X.Fang,Y.J. Zhang,Q.B.Wang,J.Jin,Nano Lett.2018,18,6563-6569)。在膜制備方面，利用小分子自組裝獲得具有分離性質的納米尺度孔道結構具有制備方法簡單的優勢，通過結構基元分子設計即可實現孔道大小的精確調節，可方便引入功能性，成為近年來制備納米尺度多孔材料的有效路徑(K.D.Zhang,J.Tian,D.Hanifi,Y.B.Zhang, A.C.-H.Sue,T.Y.Zhou,L.Zhang,X.Zhao,Y.Liu,Z,T,Li,J.Am.Chem.Soc.2013, 135,17913-17918)。然而非高分子摻雜的無機孔材料制備溶液分離膜的工作報道較少(L.Yue,S.Wang,D.Zhou,H.Zhang,B.Li,L.X.Wu,Nat.Commun.2016,7, 10742)，主要原因是結構方面的難度，難以兼顧孔結構均一和直接加工成膜。因此，開發具有可直接加工性的納米尺度分離膜是一個很大的技術挑戰。