[發明專利]一種沸石咪唑酯骨架多晶膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202310620488.7
• 申請日: 2023-05-29
• 公開（公告）號: CN116531972A
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 李硯碩;金花;王旭
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: B01D71/06
• 分類號: B01D71/06;B01D67/00;B01D69/10;B01D69/02;B01D53/22
• 代理公司: 寧波甬致專利代理有限公司 33228
• 代理人: 李迎春

本發明提供了一種沸石咪唑酯骨架多晶膜及其制備方法，包括：S1：配制含有金屬離子和有機配體的前驅液，在載體涂覆前驅液以及對涂覆了前驅液的載體加熱、冷卻，制備出非晶態薄膜；前驅液中包括金屬鹽、有機配體和溶劑；沸石咪唑酯骨架材料由金屬節點、有機配體A和有機配體B組成；有機配體A為咪唑?2?甲醛或2?甲基咪唑，有機配體B選自2?甲基咪唑、苯并咪唑、2?氨基苯并咪唑、4，5?二氯咪唑、2?硝基咪唑、4?甲基咪唑?5?甲醛；溶劑為甲醇。S2：利用加熱極性溶劑產生的蒸汽處理非晶態薄膜，從而形成晶態膜；S3：利用揮發性溶劑對晶態膜進行活化；通過本發明制備得到了連續致密無缺陷、與載體結合力強且具有氣體分離性能的沸石咪唑酯骨架膜。

技術領域

本發明涉及膜技術分離領域，具體而言，涉及一種沸石咪唑酯骨架多晶膜及其制備方法。

背景技術

氣體分離是工業生產中非常具有挑戰性的工藝。工業上對大多數的氣體分離通常通過低溫蒸餾來完成，由于分離過程中需要對壓力和溫度進行精準控制，因此氣體分離是一種能源密集型過程。如何有效降低氣體分離的能耗，是工業生產領域長期以來面臨的重大難題。新型膜分離技術，具有無相變、低能耗、高效率、污染小、工藝簡單、操作方便等優點，為氣體分離提供了一種高效節能的新途徑。

金屬-有機骨架(Metal-organic?frameworks,簡稱MOFs)材料，是由無機金屬中心(金屬離子或金屬簇)與有機配體配位而成，具有豐富的拓撲結構、可實現孔道尺寸和物化性質的精確調控，其針對特定分離體系的可設計性對構建高性能分子篩膜有極大的吸引力。沸石咪唑酯骨架(Zeolitic-imidazolate?frameworks，簡稱ZIFs)材料是一類具有沸石骨架結構的MOFs材料。相較于其他種類MOFs材料，ZIFs材料具有與氣體分子動力學直徑相近的孔徑尺寸，且表現出更高的熱穩定性和水熱穩定性，在將其轉化為分離膜時能夠實現氣體混合物的高選擇性和高穩定性分離。

然而目前常規方法制備沸石咪唑酯骨架多晶膜存在操作復雜、經濟性差的缺點，并且制備得到的沸石咪唑酯骨架多晶膜表面存在缺陷、與載體的結合力不強。在ZIFs膜的發展過程中，最常用的合成方法主要包括原位合成法合二次生長法。原位合成法是指直接把載體放入反應溶液中，在一定溫度和壓力下水熱合成ZIFs膜的方法。但由于有機配體與無機載體的兼容性問題，以及ZIFs材料較差的異質成核的能力，通常很難制備出致密的ZIFs膜。二次生長法是指預先在載體表面引入一層均勻分散的ZIFs晶種，然后再進行晶種二次生長來合成ZIFs膜的方法。二次生長法能夠顯著改善合成ZIFs膜的質量，但受晶種的大小、晶種層的厚度、晶種層與載體的結合力等因素的影響，二次生長法的泛用性和重復性有待進一步提高。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種沸石咪唑酯骨架多晶膜的制備方法以解決常規制備方法操作復雜且經濟性差的問題。

為解決上述問題，本發明提供了一種沸石咪唑酯骨架多晶膜的制備方法，包括以下步驟：

S1：配制含有金屬離子和有機配體的前驅液，在載體上涂覆前驅液以及對涂覆了前驅液的載體加熱、冷卻，制備出非晶態薄膜；

所述前驅液中包括金屬鹽、有機配體和溶劑；所述沸石咪唑酯骨架材料由金屬節點、有機配體A和有機配體B組成；

所述有機配體A為咪唑-2-甲醛或2-甲基咪唑，所述有機配體B選自2-甲基咪唑、苯并咪唑、2-氨基苯并咪唑、4，5-二氯咪唑、2-硝基咪唑、4-甲基咪唑-5-甲醛中的一種；所述溶劑為甲醇。

本發明的技術方案中，

S2：利用加熱極性溶劑產生的蒸汽處理所述步驟S1所得的非晶態薄膜，從而形成晶態膜；

S3：利用揮發性溶劑對所得晶態膜進行活化，得到沸石咪唑酯骨架多晶膜；

所述揮發性溶劑選自甲醇、乙醇、氯仿、丙酮和乙腈中的一種。