[发明专利]一种纳米金属有机框架ZIF-8支撑的离子液体复合膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于膜分离技术领域，提供了一种纳米金属有机框架ZIF‑8支撑的离子液体复合膜及其制备方法和应用。本发明采用负压抽滤法，使纳米金属有机框架ZIF‑8在基底上形成纳米颗粒膜层，进一步利用离子液体与纳米MOF之间的界面相互作用，实现离子液体对纳米ZIF‑8膜层的缺陷修复，得到致密无缺陷的复合膜；所得复合膜可应用于气体分离。本发明开发的制备方法过程简单，操作条件温和，便于规模放大；所得复合膜具有良好的气体渗透分离性能。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种纳米金属有机框架ZIF-8支撑的离子液体复合膜及其制备方法和应用

背景技术

随着温室效应等日益严峻的气候及环境问题，CO₂捕集与封存技术(CCS)被认为是缓解及解决气候问题最重要的技术。CCS技术包括CO₂的捕集、运输及封存，其中CO₂捕集是CCS技术的瓶颈。膜分离技术因其占地少、操作简单及能耗低等优势，在学术界及工业界备受重视。而高性能的气体分离膜一直是膜分离技术的核心，开发高效的CO₂分离用新型膜具有十分广阔的应用前景。

金属有机框架材料(Metal-organic framework,MOF)是指以金属离子为节点，以有机配体为联结体，具有周期性网络结构的多孔晶体材料。其具有丰富的骨架结构、孔道结构的可调控性及表面功能化可控等优点，近年来被广泛应用于新型膜材料的研究。沸石咪唑酯框架材料(Zeolitic Imidazolate Framework，ZIF)是MOF材料的一个分支，由过渡金属离子与咪唑或咪唑衍生物自组装而成的具有沸石拓扑结构的多孔晶体。ZIF-8是ZIF中的典型材料其由Zn²⁺与2-甲基咪唑酯连接而成，窗口直径为孔径为1.1nm,且具有优良的热及水热稳定性，因此被广泛用于膜材料的研究。目前ZIF-8膜的生长方法主要为：原位生长法、二次生长法和电化学生长法，(一种金属有机骨架膜的制备与分离气体应用[P].中国发明专利，CN201510444805,2015-7-27；一种金属有机框架膜及其制备方法和应用[P].中国发明专利，CN201310373159,2013-8-23；一种高性能金属有机骨架膜及其在丙烯与丙烷高效分离中的应用[P].中国发明专利，CN201710614609,2017-7-26)但上述方法存在制备过程复杂或性能较差的问题。目前MOF/离子液体相关复合膜的报道较少，O.Tzialla等人采用晶种二次生长法以片状α-Al₂O₃为基底制备了ZIF-69/离子液体[omim][TCM]复合膜(J.Phys.Chem.C,2013,117,18434)其中ZIF-69金属有机框架膜层是通过微波辅助晶种二次生长法制备，ZIF-69颗粒尺寸约为1μm，且制备方法复杂，其CO₂渗透率仅为5.6×10^-11mol m^-2s^-1Pa^-1。Y.Y.Huang等人采用层层沉积法以片状α-Al₂O₃为基底制备了多壁碳纳米管/ZIF-9/离子液体[BMIM][Tf₂N]复合膜(Chem.Commun.,2015,51,17281)，其中ZIF-9金属有机框架膜层是通过溶剂热法制备，制备方法较繁杂，该复合膜对CO₂/N₂无选择性。因此，目前金属有机框架/离子液体复合膜普遍存在制备方法复杂、且渗透分离性能及稳定性有待改善的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米金属有机框架ZIF-8支撑的离子液体复合膜及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明具有如下优点：