[发明专利]金属有机框架复合膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种金属有机框架复合膜的制备方法。所述方法先将高分子聚合物和金属有机框架的金属前驱体溶于N，N‑二甲基甲酰胺中，加热搅拌，配制成铸膜液，再将铸膜液进行涂膜，待N，N‑二甲基甲酰胺蒸发后，置于含有2‑甲基咪唑和0.2～1wt％亲水改性剂的水溶液中进行相转化成膜，相转化1～4小时后即得到金属有机框架复合膜。本发明制备的金属有机框架复合膜具有优异的分离性能，并能够长时间稳定使用，且适用于不止一种支撑层材质和金属有机框架种类。

技术领域

本发明属于膜技术领域，具体涉及一种金属有机骨架复合膜的制备方法。

背景技术

膜分离技术因其能耗较低，易于集成组装等优点，在分离领域具有良好的前景。优质的膜应具有通量高、选择性高等特点。其中高通量通常通过增大膜的孔隙率来实现，高选择性需要孔径分布窄的孔道。

金属有机框架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)是一系列孔隙率高、孔径均一的有机无机杂化的纳米材料，其特性与制备优质膜的要求相契合，因此由连续MOF层作为分离层，基膜作为支撑层的复合膜近年来成为了膜制备方面的研究热点。李建荣课题组报道了在水解聚丙烯腈基膜上以层层自组装的方式组装金属有机框架ZIF-8层的方法(Angew.Chem.Int.Ed.,2014,53,9775-9779)。制得的膜对100mg/L甲基蓝的水溶液中甲基蓝的截留率达到98.6％，透过液通量为265Lm^-2h^-1MPa^-1。王湛课题组报道了在水解聚丙烯腈基膜上以配位作用固定金属有机框架ZIF-8层的方法(J.Membr.Sci.,2017,532,76-86.)。制得的膜对100mg/L刚果红的水溶液中刚果红截留率达到99.2％，透过液通量为374Lm^-2h^-1MPa^-1。然而，上述方法需要事先准备基膜作为支撑层的特点导致了金属有机框架复合膜的制备过程复杂，且膜的分离性能仍有提升空间。目前缺少一种能够同步制备支撑层和金属有机框架层的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属有机框架复合膜的制备方法，该方法通过相转化法成膜技术，将复合膜的支撑层和金属有机骨架层同步制成。

实现本发明目的技术方案如下：

金属有机框架复合膜的制备方法，具体步骤如下：

步骤1，将高分子聚合物和金属有机框架的金属前驱体溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加热搅拌，配制成铸膜液，其中，铸膜液中，高分子聚合物的浓度为12～20wt％，金属有机框架的金属前驱体的浓度为9～15wt％；

步骤2，将铸膜液进行涂膜，待N，N-二甲基甲酰胺蒸发后，置于含有2-甲基咪唑(2-MeIM)和0.2～1.0wt％亲水改性剂的水溶液中进行相转化成膜，相转化1～4小时，即得到金属有机框架复合膜。

优选地，步骤1中，所述的高分子聚合物为聚醚砜(PES)或聚偏二氟乙烯(PVDF)。

优选地，步骤1中，所述的金属有机框架的金属前驱体为乙酰丙酮锌(Zn(acac)₂)、氧化锌(ZnO)、乙酰丙酮钴(Co(acac)₂)中的一种。

优选地，步骤1中，所述的高分子聚合物的浓度为15wt％。

优选地，步骤1中，所述的金属有机框架的金属前驱体的浓度为12wt％。

优选地，步骤1中，所述的加热温度为60℃～80℃。

优选地，步骤2中，所述的亲水改性剂为聚苯乙烯磺酸钠(PSS)或聚乙烯亚胺(PEI)。

优选地，步骤2中，所述的2-甲基咪唑的浓度为100g/L。