[发明专利]一种念珠状材料填充的混合基质膜的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种念珠状材料填充的混合基质膜的制备方法和应用，涉及混合基质膜技术领域。本发明用PSS‑ZIF填充Pebax制备混合基质膜，该混合基质膜的厚度100~130μm，它由质量分数为3 wt.%~9 wt.%的PSS‑ZIF和91%~97%的Pebax^® 1657组成；PSS‑ZIF填充Pebax制备混合基质膜的制备方法，包括Step1；PSS‑ZIF的制备：①、将Zn(NO₃)₂·6H₂O和氨基乙醇混合后进行反应，得到纳米氢氧化锌（ZHNs）溶液；②、基于上述溶液，将ZHNs与聚苯乙烯磺酸钠（PSS）进行反应，制备得到PSS‑ZIF；本发明方法制备的Pebax/PSS‑ZIF混合基质膜用于分离CO₂/CH₄混合气（v/v，20:80），显示所制备的混合基质膜具有高渗透率和高分离因子。

技术领域

本发明涉及混合基质膜技术领域，特别是涉及一种念珠状材料填充的混合基质膜的制备方法和应用。

背景技术

近年来，由于工业的快速发展和人口的快速增长而引起的全球变暖问题越来越引起人们的关注，尤其在中国争取2060年实现碳中和，实现低碳排放这一蓝图的背景下，二氧化碳的脱除显得尤为重要，天然气（主要是CH₄）中二氧化碳的有效捕获是一个待解决的关键问题，为了脱除杂质气体（CO₂），开发一种简单有效的分离方法是非常重要的，目前分离方法有溶剂吸收法、变压吸附法、低温分离法和膜分离法，前三种传统分离方法技术成熟，分离性能优良，但也存在设备投资高、设备操作复杂、能耗大、污染程度高等缺点，相比之下，膜分离技术因其操作简单、能耗低和无污染排放等优点而受到广泛重视，因此，膜分离技术有望引领未来CO₂分离技术的绿色环保之路；

根据分离CO₂的膜材料的不同，CO₂分离膜主要由高分子膜、无机膜和混合基质膜组成，高分子膜因其成本低、机械性能好和操作方便等优点在CO₂分离中得到了广泛的应用，然而，聚合物膜的性能受到渗透率和选择性之间trade-off效应的限制，由于其稳定的化学性质，无机膜的优点可以概括为耐酸、耐碱和耐高温，同时，可以调整无机膜的孔径，以便于气体分离，无机膜机械性能差、制造成本高，在一定程度上制约了无机膜在CO₂分离中的应用，聚合物基质与填充剂组成的混合基质膜实现了聚合物与填充剂优势的双重协同，对突破“博弈”效应（又称trade-off效应）极为有益；为此，我们提出一种念珠状材料填充的混合基质膜的制备方法和应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种念珠状材料填充的混合基质膜的制备方法和应用，以解决上述背景中提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：Pebax/PSS-ZIF混合基质膜的制备方法，包括以下步骤：

Step1；填充剂的制备：

①．在室温下将Zn(NO₃)₂·6H₂O（2.975 g）和2-甲基咪唑（3.284 g）分别溶于100mL甲醇中，然后将两种溶液混合，并超声反应4 h；

②．接下来，将反应溶液静置24小时，最后将沉淀物以8000 rpm/min的转速离心，并使用甲醇洗涤3次，最后，将得到的产物在60℃真空下干燥过夜，之后80℃活化48 h，获得ZIF-8；

③．将Zn(NO₃)₂·6H₂O（0.06 g）和氨基乙醇（0.0048 mL）分别溶解在乙醇/水混合溶液（v/v，2:3）中，分别制得4 mM Zn(NO₃)₂·6H₂O溶液和1.6 mM氨基乙醇溶液；