[发明专利]离子液体@中空多面体填充的混合基质膜及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种离子液体@中空多面体填充的混合基质膜，该混合基质膜包括：作为基体的聚醚‑聚酰胺嵌段共聚物，以及填充在基体中的离子液体@中空多面体，所述的聚醚‑聚酰胺嵌段共聚物与所述的离子液体@中空多面体的质量比为1∶0.02～1∶0.08；其中，所述的离子液体@中空多面体具有核壳结构，离子液体为核，中空多面体为壳。该混合基质膜可以有效克服高分子膜的“trade‑off”效应，对CO₂/CH₄混合气的渗透选择性超过了2008 Robeson上限，可用于分离CO₂/CH₄混合气。

技术领域

本发明涉及一种离子液体@中空多面体填充的混合基质膜及制备方法和应用。

背景技术

油田伴生气的主要成分甲烷(CH₄)，是一种重要的化工原料和清洁能源。然而近些年，为提高原油收率，采用CO₂驱采油技术(向油层注入CO₂气体)使得伴生气中含有大量CO₂等酸性气体。这些酸性气体会降低燃气热值，腐蚀输送管道、设备，严重影响伴生气的集输处理。因此，使用前必须脱除这些酸性气体。相较于传统的吸收法、吸附法和深冷分离等CO₂分离方法，膜分离是一种占地面积小、操作简便、节能环保、分离效率高的新型分离方法。

目前，气体分离膜种类主要分为高分子膜、无机膜和高分子-无机杂化膜(混合基质膜)。几乎所有高分子膜都存在一个共同的问题：气体渗透系数大的膜，其分离选择系数较低；反之亦然，即“trade-off”效应。无机膜虽然没有受到“trade-off”的制约，但其材料本身较脆，易产生缺陷且造价高。混合基质膜结合了有机膜与无机膜的优点，作为一种可以克服“trade-off”效应的一类膜材料已成为本领域的研究热点。混合基质膜由高分子相和无机相(填充剂)构成，目前常用填充剂有碳纳米管(CNT)、氧化石墨烯(GO)、水滑石(层状双金属氢氧化物，LDH)、沸石、金属有机框架(MOF)等，其中LDH是由带正电荷的主层板和层间的阴离子组成，其层间阴离子可交换和自由移动，并且层间阴离子受主层板上正电荷平衡作用不会流失。

近些年，中空结构在缓释胶囊、药物运输、轻质填充、催化、选择吸附以及气体分离等方向受到了极大关注，但其中空结构往往呈球状，多面体的报道并不多见。

ZIF-67是一种属立方晶系的沸石咪唑骨架多面体材料，其合成方法简单，使用硝酸钴与2-甲基咪唑在甲醇溶液中室温下即可合成。Zhen Jiang等(Nanoscale，2013，5，11770-11775)报道了以ZIF-67为模板，通过与金属硝酸盐在液相中的反应生成具有中空多面体结构的NiCo-LDH和MgCo-LDH。

发明内容

本发明的目的在于根据上述背景技术的现状，提供了一种离子液体@中空多面体填充的混合基质膜及制备方法和应用。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

离子液体@中空多面体填充的混合基质膜，包括：

作为基体的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物，以及填充在基体中的离子液体@中空多面体，所述的聚醚-聚酰胺嵌段共聚物与所述的离子液体@中空多面体的质量比为1∶0.02～1∶0.08；

其中，所述的离子液体@中空多面体具有核壳结构，离子液体为核，中空多面体为壳。

优选地，所述壳为Ni-Co层状双金属氢氧化物。

优选地，所述离子液体为1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲黄酰亚胺盐。

优选地，所述中空多面体通过如下方式得到：以ZIF-67为模板，将硝酸镍与ZIF-67在溶剂中混合反应，干燥，得到中空多面体，其中，所述ZIF-67和硝酸镍的质量比为1∶3～1∶5。