[发明专利]金属有机骨架杂化膜、其制备方法及应用

说明书

金属有机骨架杂化膜、其制备方法及应用。本发明的金属有机骨架杂化膜采用金属有机骨架颗粒UiO‑66和/或UiO‑66‑NH₂代替传统无机填充物，与高分子聚合物共同配成铸膜液，再采用浸渍提拉法在载体表面成膜，烘干。本发明制备的金属有机骨架杂化膜在从烟道气和天然气中分离CO₂领域有良好的应用前景，杂化膜的制造工艺简单，成本低廉，环境友好，具有实际的工业化应用意义。

技术领域

本发明属于膜技术分离领域，具体涉及一种金属有机骨架杂化膜的制备方法及其在从烟道气和天然气中分离CO₂领域的应用。

背景技术

从化石能源产业中释放的CO₂被认为是全球温室效应的主要因素之一，有效地实现CO₂的分离和去除将对社会经济可持续发展具有非常重要的作用。目前CO₂的分离方法主要有溶剂吸收法、变压吸附法、低温分离法和膜分离法。四种方法各有优势，但从发展前途来看，具有占地少，投资省、成本低等优势的膜分离法更具工业应用前景。

膜是膜分离过程的核心部件，按其材料组成可分为以下三类：即有机膜、无机膜和有机-无机杂化膜。有机膜因其膜材料成本低、易于成型等优点而应用广泛，然而有机膜在热稳定性、机械稳定性及化学稳定性方面存在着不可克服的缺陷。无机膜热稳定性好，可长期在高温下操作，但其制备重复性差、成本高。有机-无机杂化膜在有机网络中引入无机质点，利用无机颗粒的高机械强度改善有机网络结构以增强膜的耐溶剂和耐高温性能，而有机网络的柔软性也克服了无机膜的硬脆易损缺点。此外，掺杂的无机颗粒的高选择性孔道进一步提高了杂化膜的分离性能。因而兼具了有机膜和无机膜优点的杂化膜已成为当前膜领域的研究热点。

典型的无机填充物为沸石分子筛、碳分子筛、硅和氧化硅纳米颗粒、金属氧化物等。近年来，一种新型的多孔材料即金属有机骨架材料(metal-organic frameworks,以下简称MOFs)因其比表面积大、孔道结构、尺寸及表面性质可调等诸多优异性质正成为膜分离领域的“新宠”。MOFs是由金属离子或离子簇与含氧或氮的有机配体形成具有周期性无限网络结构的晶态材料。与传统的无机填充物相比，MOFs骨架中含有丰富的有机基团，与有机膜材料有更好的相容性，从而能较好地避免杂化膜相界面缺陷。UiO-66(UiO,University ofOslo)类MOFs材料(UiO-66和UiO-66-NH₂)是由锆离子和对苯二甲酸或2-氨基对苯二甲酸配位得到的三维骨架材料，其具有高比表面积，良好的热稳定性和化学稳定性。

发明内容：

为解决现有技术中有机膜稳定性差，无机膜制备重复性差、成本高的缺陷，本发明提供一种以金属有机骨架颗粒(MOFs)代替传统的无机填充物制备的杂化膜，可用于烟道气和天然气中分离CO₂。

本发明的技术目的通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了金属有机骨架杂化膜的制备方法，包括以下步骤：

①将高分子聚合物配成溶液，加入金属有机骨架颗粒，超声分散，形成铸膜液；

②将步骤①制备的铸膜液采用浸渍提拉法在载体表面成膜，烘干；

其中，所述金属有机骨架颗粒为UiO-66和/或UiO-66-NH₂。

第二方面，本发明提供由上述方法制备的金属有机骨架杂化膜。

第三方面，本发明提供以上所述金属有机骨架杂化膜在分离CO₂中的应用。

采用本发明的制备方法合成的金属有机骨架杂化膜在从烟道气和天然气中分离CO₂领域有良好的应用前景，杂化膜的制造工艺简单，成本低廉，环境友好，具有实际的工业化应用意义。