[發明專利]一種用于CO2

在審

• 申請號: 202110659875.2
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113413779A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 仝玉萍;張亞輝;李鑫宇;陳希;何偉偉;郭守杰;劉英霞;張海龍;程齡賀
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: B01D71/76
• 分類號: B01D71/76;B01D67/00;B01D53/22
• 代理公司: 北京棧橋知識產權代理事務所(普通合伙) 11670
• 代理人: 劉婷

本發明涉及氣體分離技術領域，特別是涉及一種用于CO₂/N₂分離的混合基質膜及其制備方法。將一維線性復合材料ZIF?8@CNTs和高分子基質共混于混合溶劑中，獲得所述用于CO₂/N₂高效分離的混合基質膜。本發明中引入了一維線性復合材料ZIF?8@CNTs，原料成本較低，合成方法簡單，其實現了與高分子基質的完全混合，克服了混合基質膜中界面缺陷的問題，且有助于CO₂/N₂分離。

技術領域

本發明涉及氣體分離技術領域，具體是涉及一種用于CO₂/N₂高效分離的混合基質膜的制備方法。

背景技術

大氣中二氧化碳濃度的增加會加劇全球溫室效應。膜氣分離技術被認為是分離CO₂的有效方法。與傳統的氣體分離技術(例如氣體蒸餾或低溫冷凝純化)相比，膜式氣體分離技術具有能耗低，效率高，環保，操作簡單等優點。聚合物由于其低成本和易于加工而已成為制造膜的常用材料。但是，對于大多數商用聚合物膜(例如聚砜，聚酰亞胺和Pebax-1657)，在滲透性和選擇性之間存在權衡關系，稱為Robeson上限。由有機聚合物和無機顆粒組成的混合基質膜(MMM)的使用已被公認為是同時提高膜滲透性和選擇性的有效方法。金屬有機骨架(MOFs)，碳納米管(CNTs)，石墨烯和氧化石墨烯(GO)，沸石及其衍生物等許多材料已用于制備高滲透性和選擇性的混合基質膜。金屬有機骨架(MOF)是由過渡金屬陽離子和有機連接劑的自組裝形成的高度有序的晶體微孔材料。由于MOF具有可調節的孔徑，高孔隙率和比表面積，以及相對較好的熱穩定性和化學穩定性，因此被認為是填充劑的理想選擇。

但ZIF-8納米顆粒的填充會導致聚合物基質中的聚集，這將導致混合基質膜的選擇性降低。因此，ZIF-8納米粒子在聚合物中的均勻分散對于提高混合基質膜的選擇性非常重要。其次，由于聚合物嵌段的擴散非常低，因此添加ZIF-8納米粒子將給氣體分子的運輸帶來困難。ZIF-8的添加也會破壞環狀聚合物鏈的積累，并影響混合基質膜的機械強度。為了避免ZIF-8作為填料的缺點，獲得更好的晶體并改善復合性能，將具有非凡機械，導熱性和疏水性的碳納米管添加到ZIF-8中。因此，碳納米管和ZIF-8復合材料的優勢可用于制備高性能混合基質膜。

申請號為201510729065.4的專利申請公開了一種氧化石墨烯/Pebax中空纖維膜及其制備方法。雖然該方法合成的氧化石墨烯/Pebax中空纖維膜將GO用到氣體分離領域，對CO₂/N₂有較好的分離能力，但是制備流程過于繁瑣，經濟效益和社會效益低，無法進行大規模生產。

發明內容

本發明解決的技術問題是：目前用于CO₂/N₂分離的混合基質膜存在著功能材料與有機基質的界面相容性的問題，進而提供一種用于CO₂/N₂高效分離的混合基質膜的制備方法。

本發明的技術方案如下：

一種用于CO₂/N₂高效分離的混合基質膜的制備方法，包括以下步驟：

S1、將一維線性復合材料ZIF-8@CNTs和適用于混合基質膜的高分子基質材料共混于混合溶劑中，充分溶解；

S2、揮發除去混合溶劑，獲得所述用于CO₂/N₂高效分離的混合基質膜；