[发明专利]一种嵌段聚醚酰胺-光敏铝有机骨架膜制备及气体分离应用

说明书

本发明公开了一种嵌段聚醚酰胺‑光敏铝有机骨架膜制备及气体分离应用，所述膜由嵌段聚醚酰胺(Pebax 1657)和光敏铝有机骨架构成。其制备过程包括：将水热法合成的铝有机骨架与对氨基偶氮苯通过静电力作用相结合，得到光敏铝有机骨架。光敏铝有机骨架与嵌段聚醚酰胺溶液共混得到铸膜液，经流延法制得该膜。本发明膜的原料易得，制备过程简便可控，制得的嵌段聚醚酰胺‑光敏铝有机骨架膜应用于SO₂/N₂气体分离，SO₂渗透性较纯膜提升了140％，对于SO₂/N₂的分离，选择性较纯膜提升了99％。

技术领域

本发明涉及一种嵌段聚醚酰胺-光敏铝有机骨架膜制备及气体分离应用，属于气体膜分离技术领域。

背景技术

燃煤电力工业、金属冶炼工业和工厂锅炉等，每年都会消耗大量的化石燃料，同时排放大量的硫氧化物。硫氧化物可对生态系统、建筑材料、农业以及人类健康构成相当大的威胁。比如，大气中受到SO₂、氮氧化物严重污染时，酸性污染物与雨滴作用，生成亚硫酸或硝酸，使降雨呈酸性，酸雨降落到地面会对建筑和植物造成巨大破坏，并且使土壤、地表水资源酸化，严重影响生态系统的稳定，同时空气中的SO₂会对人类的身体健康造成极大的威胁。分离膜具有高效、低能耗以及选择性强等优势在生物医药、化学化工领域均有很大的应用前景，而近年来，将分离膜应用于气体分离也逐渐成为研究的热点。

气体分离膜根据膜材料的不同可分为高分子膜、无机膜和高分子-无机膜。高分子膜具有易制备、成膜性能好等优点，但分离性能受到Trade-off效应制约；无机膜具有强度高、热稳定性高等优点，但不易加工，成本较高，而高分子-无机膜的出现极大程度上丰富了膜材料的多样性和可调控性，使得膜分离技术的发展空间更加广阔。

光敏铝有机骨架是一种具有规则的孔道结构，高表面积，高孔隙率的纳米颗粒。光敏铝有机骨架具有氨基基团与偶氮基团，对SO₂分子有较强的亲和作用。从而可以促进SO₂分子的吸附与传递。且偶氮基团具光响应特性，在吸收一定波长的紫外光后可发生顺反式异构体转变。这种顺反式转变使光敏铝有机骨架的通道结构发生变化，在不同光照条件下，膜呈现出不同的SO₂分离性能，使SO₂/N₂的分离过程具备动态光响应性。目前为止，嵌段聚醚酰胺-光敏铝有机骨架膜制备及气体分离应用，未见文献报导。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种嵌段聚醚酰胺-光敏铝有机骨架膜制备及气体分离应用。本发明提供的制备方法简单易操作，绿色环保。以此方法制备的嵌段聚醚酰胺-光敏铝有机骨架膜用于SO₂/N₂气体分离，具有较高的SO₂渗透速率和良好的分离性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明采用常规流延法制备嵌段聚醚酰胺-光敏铝有机骨架膜，其中通过加入光敏铝有机骨架来调控膜的气体传输通道和化学微环境，提高膜的气体渗透性与选择性；将不同填充量的膜采用气体膜分离装置进行分离性能与光敏性能的评价。

一种嵌段聚醚酰胺-光敏铝有机骨架膜，所述嵌段聚醚酰胺-光敏铝有机骨架膜以光敏铝有机骨架为填充剂(即为Azo@NH₂-MIL-53)，以嵌段聚醚酰胺为高分子基质构成，Azo@NH₂-MIL-53为类似于沸石的新型多孔晶体材料，以光敏铝为节点，有机配体为链接，偶氮基团在金属有机骨架材料的孔道内起调节作用。

优选地，所述的光敏铝有机骨架材料的粒径优选为50nm～100nm。