[发明专利]一种掺杂沸石咪唑酯的聚醚嵌段酰胺气体分离膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种掺杂沸石咪唑酯的聚醚嵌段酰胺气体分离膜的制备方法，其特征在于：首先采用溶剂热法制备出沸石咪唑酯材料，然后采用干法相转化法制备出掺杂沸石咪唑酯的聚醚嵌段酰胺气体分离膜；所制备的膜为均质膜，分离基质为聚醚-聚酰胺嵌段共聚物，添加剂为沸石咪唑酯材料，湿膜厚度控制在50~500μm；

所述沸石咪唑酯材料为Zn/Ni-ZIF-8，

所述制备方法具体包括以下步骤：

步骤一、Zn/Ni-ZIF-8的制备：

将六水合硝酸锌、六水合硝酸镍、2-甲基咪唑分别溶解在甲醇溶液中配制成浓度分别为0.01~0.1mol/L、0.01~0.1mol/L、0.08~12mol/L的溶液，然后分别放入 4A分子筛静置6~24h除去多余的水分，得到六水合硝酸锌的甲醇溶液、六水合硝酸镍的甲醇溶液和2-甲基咪唑的甲醇溶液；六水合硝酸锌的甲醇溶液命名为产物E、六水合硝酸镍的甲醇溶液命名为产物F、2-甲基咪唑的甲醇溶液命名为产物G；然后，将产物E，产物F和产物G倒入三口烧瓶中，在20~80ºC下搅拌12~48h发生化学反应，对所得溶液在8000~12000rpm的转速范围内离心10~120min，离心管中的下层沉淀用甲醇洗三次后，放在60~100ºC真空烘箱中干燥12~24h，即得紫色的Zn/Ni-ZIF-8粉末；

其中，所述六水合硝酸锌、六水合硝酸镍、2-甲基咪唑的摩尔比为1~10：1~10：8~1200；每100mL甲醇溶液使用5~30g 4A分子筛；

步骤二、铸膜液的制备：

将聚醚嵌段酰胺溶解在N，N-二甲基乙酰胺中配成浓度为30~200g/L的溶液，然后与步骤一中制备的Zn/Ni-ZIF-8粉末混合，超声分散0.5~4h，再采用磁力搅拌器在转速为100~500rpm范围、温度为20~90ºC范围内搅拌12~48h至完全溶解形成均一铸膜液，命名为产物H，并在25°C恒温脱泡12~24h待用；

其中，聚醚嵌段酰胺与Zn/Ni-ZIF-8粉末的质量比为3~20：0.15~5；

步骤三、膜制备：

将步骤二的产物H用刮刀均匀的刮在干净的玻璃板上，控制湿膜的厚度为50~500μm，然后将玻璃板放置在常温下使溶剂挥发24~48h，再在40~90ºC的真空烘箱中干燥24~48h以除去残留溶剂；去除溶剂后的膜从玻璃板揭下，妥善保管待用。

2.根据权利要求1所述的掺杂沸石咪唑酯的聚醚嵌段酰胺气体分离膜的制备方法，其特征在于：所述沸石咪唑酯材料添加含量为5～20wt%。

3.根据权利要求1所述的掺杂沸石咪唑酯的聚醚嵌段酰胺气体分离膜的制备方法，其特征在于：所述Zn/Ni-ZIF-8的粒径为38~46nm。

4.根据权利要求1所述的掺杂沸石咪唑酯的聚醚嵌段酰胺气体分离膜的制备方法，其特征在于：步骤二中，超声分散的频率为20~50kHz，超声温度为20~70°C；步骤二配制的铸膜液中保证聚醚嵌段酰胺的固含量为3~25wt%，Zn/Ni-ZIF-8粉末占聚醚嵌段酰胺的质量百分比为5～20wt％。

5.一种权利要求1~3任一项所述的制备方法制得的掺杂沸石咪唑酯的聚醚嵌段酰胺气体分离膜在分离CO₂气体中的应用，其特征在于：所制得的膜用于分离CO₂和N₂，气体渗透性能的测试采用恒压变体积法，膜渗透的有效面积为1~12.56cm²，扫气采用H₂，扫气流速为10～60mL min^-1，进料气流速为10～60mL min^-1，原料侧和渗透侧的流量用皂膜流量计测得，渗透侧组分含量用气相色谱测得；测试温度为室温，压差为0.1～0.8MPa。