[發明專利]一種高穩定性GO限域的離子液體支撐液膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110890077.0
• 申請日: 2021-08-04
• 公開（公告）號: CN113457467B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 吳勉;李小兵
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: B01D69/10
• 分類號: B01D69/10;B01D67/00;B01D53/22
• 代理公司: 徐州千秋知識產權代理事務所(普通合伙) 32556
• 代理人: 周敏

本發明公開了一種高穩定性GO限域的離子液體支撐液膜及其制備方法和應用。本發明采用負壓抽濾法使GO納米片在基底上形成二維膜層，進一步利用真空輔助蒸汽牽引法將離子液體限域到GO膜的二維納米通道中，實現離子液體對二維GO膜層的缺陷修復，制備了致密無缺陷的厚度僅為100nm的GO限域的離子液體支撐液膜；所得GO限域的離子液體支撐液膜可應用于沼氣純化。真空輔助蒸汽牽引法大大減少了離子液體的用量，節約了成本，且開發的GO限域的離子液體支撐液膜具有良好的氣體滲透分離性能及耐壓性。

技術領域

本發明屬于膜分離技術領域，具體涉及一種高穩定性GO限域的離子液體支撐液膜及其制備方法和應用。

背景技術

沼氣作為生物質能源的一種，經凈化提純后即為生物燃氣，具有清潔、高效、安全和可再生四大特征，其高效制備與綜合利用是極具代表性的雙向清潔過程。沼氣的主要成分是甲烷(CH₄，55％～65％)和二氧化碳(CO₂，30％～40％)。將沼氣提純到甲烷含量90％以上可取代石化天然氣，實現能源和環境的可持續發展。采用膜分離技術來分離CO₂具有耗能低、效率高、低碳環保和工藝簡單、操作方便等優點，在氣體分離領域已經引起了高度重視。膜分離技術的關鍵在于高選擇性、高滲透性及高穩定性膜材料的開發。

離子液體支撐液膜對CO₂具有較高的滲透選擇性，近年來廣泛應用于CO₂和N₂、CH₄氣體體系的分離。然而該支撐液膜在工業上應用受限，主要原因是離子液體容易從基底的孔道中流失。為了解決這一難題，研究者通常采取的策略是減小基底的孔尺寸(一種高穩定性介孔聚合物限域的離子液體支撐液膜及其制備方法和應用.中國發明專利申請CN107803117A，2016-9-9；一種納米金屬有機框架ZIF-8支撐的離子液體復合膜及其制備方法和應用.中國發明專利申請CN112191110A，2019-07-08)。Gan等人(JMembr Sci，2006，280，948)以納濾膜為基底，以離子液體[C₄-mim][NTf₂]、[C₁₀-mim][NTf₂][N₈₈₈₁][NTf₂]、[C₈Py][NTf₂]為液膜制備了離子液體支撐液膜，研究表明隨壓力從3.0bar增加到7.0bar氣體的滲透速率呈指數增加，以納濾膜為基底所能承受的壓力遠高于微濾膜。Peng等人(ACSAppl.Mater.Interfaces2017，9，44251-44257；J.Mater.Chem.A，2018，6，16566-16573)通過滴涂法將離子液體1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽[Bmim][BF₄]引入到硫化鉬或硫化鎢膜層的二維納米通道中，得到了離子液體支撐液膜，該方法需要離子液體的量多，且得到的復合膜較厚，大大阻礙了CO₂的傳質。此外硫化鉬和硫化鎢膜是剛性膜，在加壓條件下易碎，因此沒有探究膜兩側壓力差對離子液體支撐液膜的CO₂/CH₄滲透分離性能的影響。上述以納米孔為基底的離子液體支撐液膜依然普遍存在膜層較厚、氣體滲透性能較差及耐壓性差等問題。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種高穩定性GO限域的離子液體支撐液膜的制備方法，操作簡單。

本發明的目的之二是提供上述制備方法制得的高穩定性GO限域的離子液體支撐液膜，厚度薄，氣體滲透性能好。

本發明的目的之三是提供上述高穩定性GO限域的離子液體支撐液膜在分離CO₂和CH₄中的應用。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

第一方面，本發明提供一種高穩定性GO限域的離子液體支撐液膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)GO納米片分散液的制備：