[发明专利]一种基于MXene/ZIF-8复合材料的混合基质膜及制备方法

说明书

本发明涉及新材料制备领域，本发明的一种基于MXene/ZIF‑复合材料的混合基质膜及制备方法，气制备步骤包括：制备MXene材料，制备ZIF‑8材料，制备聚合物溶液和混合基质膜的制备；本发明提提供了一种用于气体分离混合基质膜的制备方法,是由MXene材料和ZIF‑8材料先复合制备复合材料，后和聚合物共混制备而成。其结合了无机材料的高选择性及尺寸稳定性和聚合物材料的高渗透性、机械稳定性及制备过程的简易性。

技术领域

本发明涉及新材料制备领域，尤其是一种基于MXene/ZIF-8复合材料的混合基质膜及制备方法。

背景技术

随着我国对能源需求的不断增加，而其中对于氢能来说，分离提纯氢气为最关键的步骤之一。在众多分离技术中，膜分离技术具有分离效率高、能耗低、操作简便和易与其它过程耦合等优点。

CN105478019A公开了一种复合金属氢气分离膜及其制备方法和该复合金属氢气分离膜在脱氢反应中的应用，该分离膜包括多孔不锈钢层以及在该多孔不锈钢层上的氧化锌与钯金属的复合膜。根据本发明提供的复合金属氢气分离膜能够有效的进行氢气的分离，提高脱氢反应的反应产物的收率，同时氧化锌与钯金属复合膜和多孔不锈钢之间结合作用强，有效解决了高温金属钯膜的烧结现象。此外，该发明提供的复合金属氢气分离膜的制备方法，操作简单易行，利于推广应用。

CN110433672A公开了一种非共平面大位阻聚酰亚胺气体分离膜及其制备方法，该分离膜采用具有非共平面大位阻结构二胺单体与芳香二酐单体聚合制得。该聚酰亚胺气体分离膜兼具高的渗透性和高选择性，同时具有良好的成膜性。这类膜在含氢气体中分离回收氢气，含碳、含硫气体中CO₂、H₂S的分离和回收，空气富氧或富氮等领域具有重要的应用。

CN110108091B提供一种针对STAR丙烷脱氢工艺的氢气分离膜内嵌改进的深冷液化系统，属于石油化工技术领域。该系统从脱氢反应产物的组成特征出发，在浅冷单元之后引入氢气膜分离单元，利用膜的选择性渗透分离大部分氢气，然后再进一步增压和深冷液化，从剩余的不凝组分中进一步分离丙烷和丙烯。通过氢气膜分离单元内嵌改进深冷液化系统，可以在获得高浓度氢气的同时显著降低压缩负荷，总压缩能耗可降低8～24％，深冷单元的换热负荷可降低80～86％，副产氢气纯度可由82mol％提升至99mol％，满足炼化企业中加氢裂化等耗氢装置的需求。最优工况下，35万吨STAR工艺可节约压缩能耗1020kW，产出合格氢气16198Nm³/h。

聚合物膜用于气体分离的研究起步较早，其制备成本低、制备工艺成熟等优点成为其在工业上得到大面积应用。但聚合物材料本身的性能受Robeson上限的限制，难以同时具备优秀的渗透性能和气体分离性能。无机膜材料孔道规整，孔径和亲疏性可调，凭借尺寸筛分和表面扩散机制实现分离，能克服trade-off效应。但无机膜制备成本较高，制备过程中容易出现缺陷，难以大规模制备，进而限制了其在气体分离中的应用。混合基质膜结合了无机材料的高选择性及尺寸稳定性和聚合物材料的高渗透性、机械稳定性及制备过程的简易性，已经成为H₂分离膜领域的研究热点。近年来的新材料MXene由于其多层二维结构、表面可修饰性强，有望在气体分离领域发挥重要作用。并且ZIF-8是一种具有的高比表面积，多孔性，具有不饱和位点的晶体材料，在分离H₂的领域具有很好的应用前景。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于MXene/ZIF-8复合材料的混合基质膜及制备方法。

一种基于MXene/ZIF-8复合材料的混合基质膜及制备方法，其方案为：

步骤一、制备MXene材料：（1）将200-400目MXene加入到氢氟酸溶液中，每克MXene投加到7.5-20mL浓度为40-50wt%的氢氟酸中；加热至40-80℃并搅拌6-24h，搅拌速率为100-500rpm；