[发明专利]一种掺杂石墨化碳氮化物的混合基质膜的制备方法及应用

权利要求书

1.一种掺杂石墨化碳氮化物的混合基质膜的制备方法，其特征在于：首先通过热聚合法合成石墨化碳氮化物g-C₃N₄，将其分散到聚合物基质中，采用溶液流延法制备出掺杂g-C₃N₄的气体分离膜。

2.根据权利要求1所述的掺杂石墨化碳氮化物的混合基质膜的制备方法，其特征在于：所制备的膜为均质致密聚合物膜，由聚合物基质和无机添加剂组成，聚合物基质为聚醚-聚酰胺嵌段共聚物、聚乙烯醇、磺化聚醚醚酮中的任一种，无机添加剂为石墨化碳氮化物层状材料，湿膜厚度控制在50~500μm。

3.根据权利要求1所述的掺杂石墨化碳氮化物的混合基质膜的制备方法，其特征在于：所述石墨化碳氮化物层状材料的层间距为3.0~3.3Å。

4.根据权利要求1所述的掺杂石墨化碳氮化物的混合基质膜的制备方法，其特征在于：所得混合基质膜中石墨化碳氮化物和聚合物基质的质量比为（0.1～5）：100。

5.根据权利要求1所述的掺杂石墨化碳氮化物的混合基质膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、制备g-C₃N₄：

通过热聚合法合成g-C₃N₄：将干燥过的尿素放入法兰式管式加热炉中，调节保护气流速为10~200mL·min^-1，以1~10°C·min^-1的升温速率升至350~850°C，恒温煅烧2~10h，再自然降至25°C；将所得的黄色的g-C₃N₄粉末分散在水中（g-C₃N₄和水的质量比为0.5~50:300~5000），在10~50MHz的频率下超声处理1~3h后，用转速为5000~15000r/min的离心机离心5~100min，然后将下层沉淀在80~110°C的真空干燥箱中干燥4~72h，制得g-C₃N₄粉末，待用；

步骤二、制备铸膜液：

将步骤一所制备的g-C₃N₄粉末溶解于N，N-二甲基乙酰胺中配成30~200g/L的溶液A，将溶液A在10~50MHz的频率、温度为20~70°C下超声分散0.5~4h后，向其中加入聚合物基质，再采用磁力搅拌器在转速为100~500rpm、温度为20~90ºC的条件下搅拌12~48h至完全溶解形成均一铸膜液，命名为产物B，并在25°C恒温脱泡12~24h，待用；

配制铸膜液时调节聚合物基质的固含量为3~25wt%；

步骤三、制备膜：

将步骤二所得产物B在洁净的玻璃板或者聚四氟乙烯板上流延，控制湿膜的厚度为50~500μm，在温度为20~30ºC、湿度在40~60%的恒温干燥箱中使溶剂挥发24~48h，再在40~90ºC的真空干燥箱中干燥24~48h；所得的膜在30~90ºC的鼓风干燥箱中进一步干燥，妥善保管待用。

6.根据权利要求5所述的掺杂石墨化碳氮化物的混合基质膜的制备方法，其特征在于：所述的保护气为高纯氮气或者高纯氩气中的任一种。

7.一种权利要求1~6任一项所述的掺杂石墨化碳氮化物的混合基质膜的制备方法制备出的掺杂石墨化碳氮化物的混合基质膜。

8.一种权利要求7所述的的掺杂石墨化碳氮化物的混合基质膜在分离CO₂气体中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：将所制得的膜用于分离CO₂/N₂，采用恒压变体积法测试气体渗透性能，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流量计测得，渗透侧组分含量用气相色谱测得；测试温度为20~80ºC，压差为0.1～0.8MPa。