[發明專利]一種ZIF-8/功能性離子液體膜分離材料的制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010545427.5
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111659269A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 易群;史利娟;吳玉程;段媛媛;高麗麗;單媛媛;齊凱;李聰明;王曉波
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: B01D71/06
• 分類號: B01D71/06;B01D71/82;B01D53/22;B01D67/00;B01D69/02
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發明公開了一種ZIF?8/功能性離子液體膜分離材料的制備方法和應用，屬于多孔有機膜分離吸附領域。本發明采用反向滲透法，將金屬?有機骨架材料ZIF?8負載到高分子材料聚丙烯腈、聚乙烯亞胺或聚醚砜上成膜；通過蝕刻法在ZIF?8膜引入吸附溶解能力強、化學穩定性高、結構靈活的功能性離子液體。所形成的膜分離材料可應用于脫除高爐煉鐵尾氣中的CO₂。本發明結合了金屬?有機骨架材料吸附分離性能高、比表面積大、孔隙率高、成本較低和功能性離子液體CO₂捕集吸附能力強的優勢，實現了CO₂高效分離。

技術領域

本發明涉及一種ZIF-8/功能性離子液體膜分離材料的制備方法和應用，屬于多孔有機膜分離吸附技術領域。

背景技術

近年來我國飛速發展，鋼鐵產業對國民經濟的推動作用不容忽視。但是，鋼鐵行業推動經濟發展的同時也造成了一定程度的環境污染。隨著國家對環保要求提高，人民環保意識的不斷增強，減少鋼鐵制造過程中的污染，實現碳的資源化利用已經迫在眉睫。目前，高爐煉鐵最常見的低碳技術為煤氣循環技術，是將高爐爐頂煤氣進行凈化和脫除CO₂處理后，把其中的還原成分（CO和H₂）重新通入高爐。其中，最關鍵的問題就是尋求一種高效簡易、成本低廉、脫除效果好的分離CO₂技術。

氣體膜分離技術是利用混合氣體在膜兩側壓力推動下對膜分離材料具有不同滲透速率，對氣體的選擇透過性是氣體膜分離的關鍵。相比于工業上變壓吸附和低溫蒸餾等工藝，膜技術分離法由于有效的能源管理，易于操作和節約成本等。

金屬-有機框架材料（MOFs）是由有機配體和金屬離子或金屬離子簇配合而成，具有比表面積大、熱穩定性高、易回收、結構多樣、性質可調等優點。近年來，研究人員發現MOF具有尺寸選擇性，大量以MOFs材料相關的氣體分離膜應運而生。中國專利CN 110064311 A提供了一種多層IL@MOF復合膜的制備方法，選用對CO₂具有較高吸附能力的離子液體與不同的MOF復合制備出雙層或三層結構的復合膜，實現逐層分離提高對H₂/CO₂分離性能。中國專利CN 108404690 A提供了一種MOF-聚酰亞胺復合膜分離材料的制備方法，解決現有的MOFs填料與有機配體之間兼容性差的問題。

目前，MOFs膜分離材料分離CO₂/H₂、H₂/碳氫化合物的研究報道很多，但尚未有采用MOFs膜分離材料分離高爐煤氣中CO₂的報道。

發明內容

本發明旨在提供一種ZIF-8/功能性離子液體膜分離材料的制備方法和應用。

本發明方法結合了MOFs吸附分離性能高、比表面積大和功能性離子液體吸附分離能力強、化學穩定性高的優勢，膜分離材料分離煙氣中CO₂技術不僅解決了高爐煉鐵尾氣中脫除CO₂的難題，而且分離的CO₂可用于液化儲存或進一步轉化。液化儲存的CO₂可用作滅火器原料，CO₂進一步轉化可以代替傳統的碳源合成許多高附加值的化學品，例如甲醇、甲酸、環狀碳酸酯等。

本發明提供了一種ZIF-8/功能性離子液體膜分離材料的制備方法，采用反向滲透法，將金屬-有機骨架材料ZIF-8負載到聚丙烯腈、聚乙烯亞胺、聚醚砜任一種高分子載體材料上成膜；通過蝕刻法在ZIF-8膜引入吸附溶解能力強、化學穩定性高、結構靈活的功能性離子液體。

上述的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟一：反向滲透法制備ZIF-8膜：