[发明专利]一种混合基质膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种混合基质膜及其制备方法，该混合基质膜由开孔的MFI型沸石纳米片和聚二甲基硅氧烷组成，开孔的MFI型沸石纳米片的质量含量为0.05％～20％。制备方法包括先制备无有机结构导向剂的多层MFI型沸石，再剥离制备开孔的MFI型沸石纳米片，然后与有机聚合物混合制备成膜。该沸石纳米片混合基质膜具有高的气体渗透率和选择性，在CO₂‑N₂、CO₂‑CH₄、烷烃异构体混合气分离方面有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种混合基质膜及其制备方法，具体涉及一种沸石纳米片混合基质膜及其制备方法和应用，尤其是一种开孔的MFI型沸石纳米片和聚二甲基硅氧烷(PDMS)组成的混合基质膜及其制备方法用。

背景技术

分离膜是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中的重要技术之一。

高分子膜成本低、加工性好，已经广泛用于工业领域混合气体的分离。但是Robeson分析了大量的高分子膜气体分离数据，发现具有高渗透系数的高分子膜选择性都不太理想，而选择性较好的膜渗透性能却较差，即存在Robeson上限(J.MembraneSci.2008,320,390-400.)。

混合基质膜是将无机材料作为填料加入到高分子基质中，可提高高分子膜的分离性能。尤其是加入对待分离体系有选择性的无机多孔材料，能同时兼顾无机膜与高分子膜的优点，得到高渗透系数和高选择性的混合基质膜。

中国专利(CN101084052A)公开了一种分子筛多孔材料和聚合物材料形成的混合基质膜，与由纯聚合物制备的膜相比，该混合基质膜的CO₂渗透性提高至少30％，而选择性的任何降低不超过10％。

Hu S等人(Journal ofMembrane Science 2017,533,270-278)报道了一种silicalite-1/PDMS膜的制备方法，该方法使用微米级的silicalite-1沸石颗粒为填料，经改性后加入到PDMS中，制备了silicalite-1/PDMS混合基质膜。相比于PDMS膜，混合基质膜对丁醇溶液的分离因子和通量分别提高了83.6％和19.7％。

采用沸石分子筛颗粒作为填料时，沸石分子筛颗粒在聚合物基质溶液中容易发生聚沉，难以均匀稳定的分散在成膜液中，导致混合基质膜中沸石分子筛颗粒分散不均。此外，沸石分子筛颗粒作为填料制得的混合基质膜的分离选择性相比纯聚合物膜提高不大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有高的气体渗透率和选择性的混合基质膜及其制备方法。

为解决该技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种混合基质膜，该混合基质膜由开孔的MFI型沸石纳米片和聚二甲基硅氧烷(PDMS)组成，开孔的MFI型沸石纳米片的质量含量为0.05％～20％。混合基质膜中开孔的MFI型沸石纳米片面厚比大于50。

一种混合基质膜的制备方法，制备过程包括将多层MFI型沸石剥离得到开孔的MFI型沸石纳米片，然后与PDMS混合制备成膜，具体步骤如下：

(1)向多层MFI型沸石中添加浓硫酸，搅拌后，添加30％的双氧水，搅拌混合均匀后，80℃下处理24小时，离心回收固形物。重复上述处理过程3次，得到无有机结构导向剂(OSDA)的多层MFI型沸石。将无OSDA的多层MFI型沸石分散在水溶液中，然后洗涤、超声、纯化、回收得到开孔的MFI型纳米沸石片。

(2)将开孔的MFI型沸石纳米片分散到乙醇中，混匀超声分散，随后回收沸石纳米片；