[发明专利]配位聚合物膜材料、制备方法及其在膜分离方面的应用

说明书

技术领域

本发明属于膜材料及其分离技术领域，具体涉及一种配位聚合物膜材料，制备方法及该膜材料在混合气体或手性同分异构体分离方面的应用。

背景技术

配位聚合物通常是指小分子配体与金属离子通过自组装过程形成的具有周期性网络结构的金属有机骨架晶体材料。这一类材料既不同于一般的有机聚合物，也不同于Si-O类的无机聚合物，它不仅具有与沸石分子筛相似的晶体结构，而且通过拓扑结构的定向设计和有机官能团的拓展可以获得不同尺寸的孔道和孔穴，同时具有独特的光、电、磁等性质。作为一种新型分子功能材料，它跨越了无机化学、配位化学、有机化学、物理化学、超分子化学、材料化学、生物化学、晶体工程学和拓扑学等多个学科领域。因此，近年来配位聚合物的设计合成、结构及性能研究迅速发展成为跨学科的研究热点之一。

配位聚合物材料作为一种新型的无机多孔材料，它的研究方法和研究目的主要集中在如何通过有机官能团的设计和拓展来实现孔道尺寸的突破。人们不遗余力的设计、合成和寻找新的有机配体，期望获得更大的孔道和空穴结构。近十年人们花了大量的精力和物力致力于设计合成具有新结构的配位聚合物晶体材料，但对于配位聚合物膜材料的研究少之又少，因为这类材料像分子筛材料一样拥有规则排列的孔道结构、孔道大小、连通性和可控性，而且孔道可以被设计或修饰来达到材料性质的多样化，例如可以克服分子筛孔道尺寸限制的缺点，分子筛的孔道半径在0.4～2nm之间，而金属有机框架的孔道可以达到更大或更小的范围。甚至有的配位聚合物材料的孔道可以伸缩产生呼吸现象。综合以上优势，配位聚合物膜材料引起了人们制备和研究的兴趣。

手性化学近几年一直受到广泛的关注，这是因为具有不同手性结构的两种同分异构体在应用上的作用有着天壤之别，例如，萘普生（甲氧萘丙酸）这种药物的一种手性构型的是另一种手性抗炎药物活性的28倍；多巴胺的一种对映体，用来治疗帕金森症，可以作用于神经细胞控制颤抖，而其另一种对映体对神经细胞来说是有毒的。使用药物活性更高的对映体有以下几种优点：

1.更少的副作用；

2.病人可以相应地服用少剂量的药物；

3.可以省去生产我们不希望得到的对映体所带来的浪费；

4.“原来的外消旋产品转换”带来新的商机。

膜分离领域过去有一些高分子膜材料被用于手性同分异构体的分离，但其制备过程比较复杂，且高分子膜材料可能会和分离的化合物反应，限制其应用。尽管配位聚合物膜已经广泛的研究用于不同气体的分离，但用于分离有机液体的研究还是极少的。特别是对手性同分异构体的分离。

发明内容

本发明的目的是提供一种配位聚合物膜材料，其制备方法以及利用该配位聚合物膜材料进行混合气体或手性同分异构体的分离。

所涉及的配位聚合物Ni₂(L-asp)₂bpy膜材料是由金属镍离子和L-天冬氨酸（L-asp）、4，4-联吡啶（bpy）配位形成的具有均一孔道大小的三维孔材料，金属镍原子和L-天冬氨酸的氧原子配位形成层，再与4，4-联吡啶中的氮原子配位柱撑起来形成三维骨架结构。

本发明通过选择不同的载体和载体预处理方法，采用原位或二次生长的方法在不同的溶剂热条件下得到配位聚合物膜材料，其步骤如下：

1、载体的预处理

A）将2～5层的单层镍网（100～400目）在10～200MPa的压机上压成镍网片，或将平均粒径10～20微米的镍粉在10～200MPa的压机上压成孔径小于1微米、孔隙率为30～40％、厚度为1～3mm的镍基微滤膜片；

B）将镍基微滤膜片、单层镍网或镍网片放入烧杯中，向烧杯中加入质量比为1：0.01～0.1的去离子水和洗涤剂（工业或民用洗涤剂均可），超声10～30分钟；将镍基微滤膜片、单层镍网或镍网片取出后放入烧杯中，加入去离子水超声处理10～15分钟，倒掉烧杯中的液体；重复去离子水超声处理步骤2～5次，取出后放入80～150℃烘箱中干燥1～5小时，从而得到清洗好的镍基微滤膜片、单层镍网或镍网片载体；

2、生长：