[发明专利]一种共价三嗪框架分离膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种共价三嗪框架分离膜及其制备方法和应用。本发明制备方法包括将醛基化合物与脂肪胺反应形成席夫碱中间体作为上层溶液，脒基化合物、溶剂以及催化剂混合液作为下层溶液，将上层溶液铺展在下层溶液表面后，通过界面缩聚反应得到共价三嗪框架分离膜，所述上层溶液的表面张力小于所述下层溶液，使得上层溶液能够在所述下层溶液表面铺展。本发明将二元或多元醛基化合物与脂肪胺在一定的条件下形成席夫碱中间体，这种席夫碱中间体铺展在溶剂的表面而将聚合反应限域在界面，通过界面缩聚制备共价三嗪框架分离膜，适用于大尺寸、厚度可控的薄膜生产。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种共价三嗪框架分离膜及其制备方法和应用。

背景技术

膜分离的效能，取决于膜本身的属性，决定了分离过程的选择性和渗透性能。大部分的分离膜都是固体膜，尤以有机高分子聚合物材质制成的膜及其分离过程为主。但传统的有机高分子聚合物的孔径、自由体积不固定，其选择性和渗透通量通常难以并存。共价三嗪框架(CTFs)是一类具有贯穿的纳米孔道的交联聚合物，其孔道尺寸精确可调，能够同时满足高的选择性和渗透通量，是一种重要的膜材料。

2008年Thomas课题组首次采用离子热的方法，以对苯二腈为构筑单元经过氰基的三聚反应制备得到CTFs。2012年Cooper课题组发展了一种以三氟甲磺酸为催化剂的方法，实现在室温下催化芳香族化合物制备得到CTFs。2017年谭必恩课题组报道了低温缩聚制备CTFs的方法，但这些方法得到的都是不溶、难以加工的粉末，而限制了其应用。2012年和2017年张凯和徐宇曦等分别报道了以三氟甲磺酸催化制备CTF膜的方法，但这些薄膜的厚度都较大，横向尺寸较小，同时也难以大量制备。

CN111701458A公开了一种共价三嗪框架有机溶剂纳滤膜的制备方法，具体公开了以下步骤，处理无机陶瓷基底；配制共价三嗪框架原料液，混合均匀后倒入盛有无机陶瓷基底的容器内脱气；随后将基底与原料液一同转移至反应釜中，置于90-180℃马弗炉内反应72h。使用溶剂对复合膜进行冲洗，干燥后得到共价三嗪框复合膜。该技术方案制备的复合膜可用于有机溶剂中污染物的去除，但是未能充分发挥利用共价三嗪框架材料的选择性和渗透通量，而且膜的厚度也不能够调节，还存在改进空间。

综上所述，现有技术仍缺乏一种厚度可调、性能优异的共价三嗪框架薄膜的制备方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷，本发明提供了一种共价三嗪框架分离膜的制备方法，将二元或多元醛基化合物与脂肪胺形成的席夫碱在溶剂表面的铺展，将聚合反应限域在表面，通过界面缩聚制备共价三嗪框架分离膜，而得到尺寸可调、性能优异的共价三嗪框架分离膜。本发明的详细技术方案如下所述。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种共价三嗪框架分离膜的制备方法，将醛基化合物与脂肪胺反应形成席夫碱中间体作为上层溶液，将脒基化合物、极性溶剂以及催化剂混合液作为下层溶液，所述上层溶液的表面张力小于20mNm^-1，所述下层溶液表面张力大于40mNm^-1，将上层溶液铺展在下层溶液表面后，通过界面缩聚反应得到共价三嗪框架分离膜。

作为优选，所述极性溶剂的表面张力大于40mNm^-1，作为优选，所述极性溶剂为二甲基亚砜，N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二氧六环、四氢呋喃和水中的一种或多种的混合。

作为优选，通过控制所述下层溶液的脒基化合物的质量浓度能够实现所述共价三嗪框架分离膜的厚度调节。

作为优选，通过控制所述下层溶液的表面面积实现所述共价三嗪框架分离膜的表面积调节。

作为优选，所述醛基化合物中醛基的数量为2个以上，所述脂肪胺中碳原子数量为4个以上。

作为优选，所述脒基化合物中的脒基的数量为2个以上。