[发明专利]一种以方钠石纳米晶为填充物的混合基质膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种以方钠石纳米晶为填充物的混合基质膜的制备方法。其技术方案是：将晶粒尺寸不超过100nm的方钠石与聚合物均匀混合，采用流延法、刮涂法或旋涂法制备出厚度为20‑80微米超薄混合基质膜。本发明的有益效果是：纳米晶晶粒尺寸小，气体扩散路径短，且分子筛纳米晶表面具有更多的羟基，亲水性更强，与疏水聚合物混合后更易在纳米晶表面形成亲水‑疏水（分子筛‑聚合物）界面，避免了聚合物对分子筛微孔的覆盖，有利于提高气体的通过性；该混合基质膜利用聚合物优秀的成膜性，方钠石纳米晶对氢气具有高选择性和高通量，以及聚合物和方钠石纳米晶间形成的避免方钠石微孔被聚合物覆盖、对方钠石微孔具有保护作用的分子筛‑聚合物两相界面，在氢气的分离、提纯等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种有机-无机混合基质膜的制备方法，特别涉及一种以方钠石纳米晶为填充物的混合基质膜的制备方法。

背景技术

氢气是一种重要的化工原料，同时氢气又是现代石油化学和炼油工业的重要副产物，在石化厂的含氢干气、合成氨工艺驰放气、甲醇合成驰放气、焦炉煤气中都含有大量的氢气。若将这些排气直接送燃烧炉或锅炉烧掉，仅利用氢气的热值，是很不经济的。如能用合适的方法将大量氢气从中分离出来, 不仅可以减低排空量，减少大气污染，还可以将富集的氢回用做加氢原料气，节约能源。因此研发低能耗、高效率的氢气分离和提纯技术对资源合理利用，能源节约和环境保护等具有重要研究意义。

目前，在工业上分离和提纯氢气的方法有变压吸附法、深冷分离法和膜分离等方法。与深冷分离法和变压吸附法相比, 膜分离法的能耗、投资费用和设备占地面积等方面都是最经济的，并且在分离过程中氢气的损失较小，不会造成环境污染，因此有着更广阔的应用前景。其中新型膜材料的研发是实现合成膜大规模高效氢气分离的重要环节。目前研究最广泛的膜材料包括有机膜材料、无机膜材料（以分子筛为主）以及有机-无机杂化膜材料。最常用的高分子膜具有易操作、低成本等优点，但由于热稳定性差、化学稳定性差，在苛刻的环境下无法工作，且孔径分布较宽、孔隙率低，并不适用于精准、高效的氢气分离提纯。无机膜具有耐化学腐蚀性、耐强酸碱性、抗高温高压性，更加适用于高化学腐蚀、强酸碱及高温高压等工作环境，其中分子筛无机膜因其均一的孔径及较高的孔隙率等优势被广泛用于氢气分离领域。但是受制造工艺所限，无机膜存在高成本、难连续，易破损、拉伸强度低、装填面积小、缺陷难修复等缺点难以在实际工业中推广应用。