[发明专利]一种具有高耐酸性能的甲烷/氮气分离的混合基质膜及制备方法和应用

权利要求书

1.一种具有高耐酸性能的甲烷/氮气分离的混合基质膜，其特征在于所述的具有高耐酸性能的甲烷/氮气分离的混合基质膜为层状结构，自下而上依次由PSf膜层、亲水层和PAA-ZIF-8@VR层组成，PSf膜层与亲水层间以氢键键合进行连接，亲水层和PAA-ZIF-8@VR层之间以酯键键合进行连接；

上述的PSf膜层，为平均孔径为15-60nm、厚度为50-60μm的聚砜超滤膜；

上述的亲水层，由PDMS和PVA涂覆在PSf膜层的表面干燥得到，厚度为30-60nm；

所述的亲水层通过如下步骤的方法制备而成：

将浓度为0.05-1.2wt%的PDMS正己烷溶液控制涂覆厚度为20-75µm涂覆在PSf膜层上，然后进行干燥，得到的涂覆有PDMS的PSf膜层用浓度为0.02-0.6 wt% 的PVA水溶液浸泡处理10-14h后再经干燥，在PSf膜层上形成亲水层；

上述的PAA-ZIF-8@VR层的厚度为200-800nm，是将PAA水溶液与ZIF-8@VR纳米颗粒混合后涂覆在亲水层的表面，亲水层中的PVA与PAA通过酯化反应在亲水层的表面进行界面自组装后再经干燥得到；

混合所用的PAA水溶液与ZIF-8@VR纳米颗粒的使用量，按PAA水溶液中的PAA：ZIF-8@VR纳米颗粒的质量比为0.333-0.667：1；

所述的ZIF-8@VR纳米颗粒，是通过真空烧结方法对ZIF-8纳米粒子的表面进行真空烧结碳化得到的表面具有一层厚度为2-30nm的碳化层；

所述的真空烧结碳化过程中控制真空度为4.7-5.8×10^-3Pa、烧结电流为80-95A、烧结温度为320-400℃、烧结时间为3-6h。

2.如权利要求1所述的一种具有高耐酸性能的甲烷/氮气分离的混合基质膜，其特征在于所述的表面具有一层碳化层的ZIF-8@VR纳米颗粒的表面的碳化层厚度为5-20nm。

3.如权利要求1所述的一种具有高耐酸性能的甲烷/氮气分离的混合基质膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）、将2-甲基咪唑的甲醇溶液和6-水硝酸锌的甲醇溶液混合，静置20-28h后用甲醇离心清洗至流出液澄清为止，然后干燥得到ZIF-8纳米粒子；

上述混合所用的2-甲基咪唑的甲醇溶液和6-水硝酸锌的甲醇溶液的量，按2-甲基咪唑:6-水硝酸锌的摩尔比为3-4:1的比例计算；

（2）、采用真空电阻蒸发镀膜装置, 将步骤（1）所得的ZIF-8纳米粒子进行表面真空烧结碳化，得到表面具有碳化层的ZIF-8@VR纳米颗粒；

（3）、亲水层的制备

将浓度为0.05-1.2wt%的PDMS正己烷溶液控制涂覆厚度为20-75µm涂覆在PSf膜层上，然后进行干燥，得到的涂覆有PDMS的PSf膜层用浓度为0.02-0.6 wt% 的PVA水溶液浸泡处理10-14h后再经干燥，在PSf膜层上形成亲水层，即得到具有亲水层的PSf膜；

（4）、PAA-ZIF-8@VR层的制备

将聚丙烯酸水溶液与ZIF-8@VR纳米颗粒混合后控制厚度为100-400µm涂覆在步骤（3）的亲水层的表面，亲水层中的PVA与聚丙烯酸通过酯化反应进行界面自组装成膜，然后进行干燥，在亲水层表面形成PAA-ZIF-8@VR层，即得到具有高耐酸性能的甲烷/氮气分离的混合基质膜。

4.如权利要求3所述的一种具有高耐酸性能的甲烷/氮气分离的混合基质膜的制备方法，其特征在于步骤（2）所述的真空烧结碳化过程中控制真空度为4.7-5.8×10^-3Pa。

5.如权利要求3所述的一种具有高耐酸性能的甲烷/氮气分离的混合基质膜的制备方法，其特征在于步骤（2）所述的真空烧结碳化过程中控制烧结电流为80-95A。

6.如权利要求3所述的一种具有高耐酸性能的甲烷/氮气分离的混合基质膜的制备方法，其特征在于步骤（2）所述的真空烧结碳化过程中控制烧结温度为320-400℃。