[发明专利]一种ZIF-8/功能性离子液体膜分离材料的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种ZIF‑8/功能性离子液体膜分离材料的制备方法和应用，属于多孔有机膜分离吸附领域。本发明采用反向渗透法，将金属‑有机骨架材料ZIF‑8负载到高分子材料聚丙烯腈、聚乙烯亚胺或聚醚砜上成膜；通过蚀刻法在ZIF‑8膜引入吸附溶解能力强、化学稳定性高、结构灵活的功能性离子液体。所形成的膜分离材料可应用于脱除高炉炼铁尾气中的CO₂。本发明结合了金属‑有机骨架材料吸附分离性能高、比表面积大、孔隙率高、成本较低和功能性离子液体CO₂捕集吸附能力强的优势，实现了CO₂高效分离。

技术领域

本发明涉及一种ZIF-8/功能性离子液体膜分离材料的制备方法和应用，属于多孔有机膜分离吸附技术领域。

背景技术

近年来我国飞速发展，钢铁产业对国民经济的推动作用不容忽视。但是，钢铁行业推动经济发展的同时也造成了一定程度的环境污染。随着国家对环保要求提高，人民环保意识的不断增强，减少钢铁制造过程中的污染，实现碳的资源化利用已经迫在眉睫。目前，高炉炼铁最常见的低碳技术为煤气循环技术，是将高炉炉顶煤气进行净化和脱除CO₂处理后，把其中的还原成分（CO和H₂）重新通入高炉。其中，最关键的问题就是寻求一种高效简易、成本低廉、脱除效果好的分离CO₂技术。

气体膜分离技术是利用混合气体在膜两侧压力推动下对膜分离材料具有不同渗透速率，对气体的选择透过性是气体膜分离的关键。相比于工业上变压吸附和低温蒸馏等工艺，膜技术分离法由于有效的能源管理，易于操作和节约成本等。

金属-有机框架材料（MOFs）是由有机配体和金属离子或金属离子簇配合而成，具有比表面积大、热稳定性高、易回收、结构多样、性质可调等优点。近年来，研究人员发现MOF具有尺寸选择性，大量以MOFs材料相关的气体分离膜应运而生。中国专利CN 110064311 A提供了一种多层IL@MOF复合膜的制备方法，选用对CO₂具有较高吸附能力的离子液体与不同的MOF复合制备出双层或三层结构的复合膜，实现逐层分离提高对H₂/CO₂分离性能。中国专利CN 108404690 A提供了一种MOF-聚酰亚胺复合膜分离材料的制备方法，解决现有的MOFs填料与有机配体之间兼容性差的问题。

目前，MOFs膜分离材料分离CO₂/H₂、H₂/碳氢化合物的研究报道很多，但尚未有采用MOFs膜分离材料分离高炉煤气中CO₂的报道。

发明内容

本发明旨在提供一种ZIF-8/功能性离子液体膜分离材料的制备方法和应用。

本发明方法结合了MOFs吸附分离性能高、比表面积大和功能性离子液体吸附分离能力强、化学稳定性高的优势，膜分离材料分离烟气中CO₂技术不仅解决了高炉炼铁尾气中脱除CO₂的难题，而且分离的CO₂可用于液化储存或进一步转化。液化储存的CO₂可用作灭火器原料，CO₂进一步转化可以代替传统的碳源合成许多高附加值的化学品，例如甲醇、甲酸、环状碳酸酯等。

本发明提供了一种ZIF-8/功能性离子液体膜分离材料的制备方法，采用反向渗透法，将金属-有机骨架材料ZIF-8负载到聚丙烯腈、聚乙烯亚胺、聚醚砜任一种高分子载体材料上成膜；通过蚀刻法在ZIF-8膜引入吸附溶解能力强、化学稳定性高、结构灵活的功能性离子液体。

上述的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一：反向渗透法制备ZIF-8膜：