[发明专利]一种基于多孔核壳填充剂的混合基质膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于多孔核壳填充剂的混合基质膜的制备方法，涉及气体分离膜技术领域。本发明基于多孔核壳填充剂的混合基质膜包括ZIF‑8@AC，利用ZIF‑8@AC作为填充剂制备混合基质膜，所述Pebax/ZIF‑8@AC混合基质膜的膜厚度为90‑110μm，它由质量分数为3wt%‑9wt%的ZIF‑8@AC和91%‑97%的Pebax组成。本发明方法制备的Pebax/ZIF‑8@AC混合基质膜制备过程简单，反应可控，原料价廉易得，条件温和，结合了金属有机骨架与聚合物基质的优点，ZIF‑8@AC的填充在膜内引入了不饱和金属位点和胺基载体，对CO2起到协同促进作用，并构建促进CO2传递的通道，强化混合基质膜的CO2分离性能。

技术领域

本发明属于气体分离膜技术领域，特别是涉及一种基于多孔核壳填充剂的混合基质膜的制备方法。

背景技术

当今社会，在人口需求和经济压力不断增长的推动下，中国能源消费量一直呈上升趋势，特别是以煤、石油、天然气为主的不可再生化石能源的消费量急剧增加，使得人们在享受生活便利的同时，也面临着能源危机，为了缓解不可再生化石能源带来的能源危机，生物沼气作为重要的可再生清洁能源被应用于人们的生活中，然而，刚采集的生物沼气中通常含有CO2等酸性杂质气体，CO2这种酸性杂质气体的存在会影响生物沼气的燃烧热值和运输能力，因此，CO2脱除是刚采集生物沼气必要的处理过程，也是当前大多数研究者研究的重点方向，这使从沼气中分离或捕集CO2的过程变得尤为重要，传统的CO2气体分离技术主要分为化学吸收法、物理吸附法、深冷分离法和膜分离法，其中膜分离法以其绿色环保、效率高、能耗低、操作简单等特点，使得其具有更加广泛的应用前景；

CO2分离膜根据膜材料的不同，可分为有机膜、无机膜、混合基质膜，有机膜是由高分子聚合物材料制备而成，具有价格低廉、成膜性好等优点，但是有机膜常受到“Trade-off”效应的限制，使其无法兼具高渗透性和高选择性的特点，而无机膜是由无机材料构成，具有耐高温、高压和酸碱腐蚀等优点，但是无机膜的价格昂贵、不易成膜、不易加工等缺点限制了其工业的应用，混合基质膜是由连续的高分子聚合物基质和填充剂组成，结合了有机膜与无机膜的优点，同时衍生出可兼具高渗透性和高选择性的优势，可成功的克服“Trade-off”效应，目前常用的填充剂有：沸石分子筛、二氧化硅、碳纳米管、氧化石墨烯、各种金属有机骨架和共价有机骨架等材料；

金属有机骨架(MOFs)一直是目前常用填充剂的研究热点，沸石咪唑酯骨架(ZIFs)是其中最常见的一种MOFs材料，ZIF-8是由分子自组装形成的笼状化合物，其中四面体配位的阳离子是锌离子，锌离子通过咪唑酯衍生物连接形成类似于铝硅酸盐沸石的拓扑结构，与传统多孔材料相比，ZIF-8具有高比表面积、孔道多且可调、不饱和位点多、易功能化等优点被广泛应用，ZIF-8含有的咪唑基和锌离子对CO2具有特异性亲和作用，并且ZIF-8本身具有的微孔对CO2起到很好的筛分作用；

但目前单一ZIF-8与聚合物基质之间的相互作用较弱，会形成膜内空隙，导致大多数气体可以通过间隙，造成气体选择性降低，从而存在“博弈”效应，存在一定的限制性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多孔核壳填充剂的混合基质膜的制备方法，解决现有单一ZIF-8与聚合物基质之间的相互作用较弱，会形成膜内空隙，导致大多数气体可以通过间隙，造成气体选择性降低，从而存在“博弈”效应等的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种基于多孔核壳填充剂的混合基质膜的制备方法，包括ZIF-8@AC，利用ZIF-8@AC作为填充剂制备混合基质膜，它由质量分数为3wt％-9wt％的ZIF-8@AC和91％-97％的Pebax组成；

优选地，所述ZIF-8@AC填充Pebax制备混合基质膜的制备方法，分别包括对ZIF-8@AC的制备，对Pebax溶液的制备和混合基质膜的制备；

所述ZIF-8@AC的制备方法包括如下步骤：