[发明专利]一种具有非平衡烯烃-烷烃筛分性质的混合基质膜

权利要求书

1.一种具有非平衡烯烃-烷烃筛分性质的混合基质膜，其特征在于：混合基质膜的制备方法包括以下步骤：

（1）将填料通过超声处理均匀分散于甲醇中，得悬浮液A；

（2）向悬浮液A中加入PEGDA低聚物，通过搅拌和超声处理使填料颗粒与低聚物混合均匀，得悬浮液B；

（3）向悬浮液B中加入光引发剂，通过搅拌和超声处理混合均匀后，将适量所得铸膜液滴加于具有一定间隙的两块石英玻璃板之间，然后置于紫外交联仪内，于紫外光下辐照，使PEGDA低聚物交联固化成膜；

（4）将交联固化后的膜从石英玻璃板间取出，在甲醇中浸泡3天，使未充分交联的低聚物充分溶出；然后将膜取出，室温下缓慢挥发溶剂，减少应力导致的膜卷曲和碎裂；待溶剂充分挥发后，对膜进行真空处理，进一步挥发残余溶剂，然后将膜保存于真空环境下，以备表征和测试；

步骤（1）中所用填料为PEGDA修饰的ZIF-8（P-ZIF-8）材料；

PEGDA修饰的ZIF-8（P-ZIF-8）材料，其合成包括以下步骤：

（i）将1.0g氢氧化锌与4.0g 2-甲基咪唑加入研钵中，研磨30min，使两者混合均匀；

（ii）持续研磨2小时，期间分多次滴加浓度为1 mol/L的PEGDA/甲醇溶液共3.0mL；机械研磨过程中，氢氧化锌与2-甲基咪唑配位结合，逐渐转化为ZIF-8；与此同时，PEGDA分子通过酯基与Zn节点间的螯合作用，原位修饰在ZIF-8材料的结构中；

（iii）将所得粉末分散于100mL甲醇中，静置30min，使未反应完全的氢氧化锌沉淀分离；对上层悬浮液进行离心，分离出P-ZIF-8粗产品，然后用甲醇浸泡-离心清洗数次，除去未反应的2-甲基咪唑配体，得到所需的P-ZIF-8填料；

步骤（3）中所用的PEGDA低聚物与P-ZIF-8合成所用的PEGDA相同，分子量均为700 g/mol；

步骤（3）中P-ZIF-8和PEGDA在悬浮液中的总质量分数为50%；

步骤（4）中所用的光引发剂为2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮（DMPA），其用量为0.1 wt%；

步骤（4）中所用紫外光的波长为302 nm，辐照时长为60s；

ZIF-8结构中2-甲基咪唑配体的旋转程度受到PEGDA分子链自由度的影响：PEGDA分子链自由度越小，ZIF-8配体旋转所受到束缚作用越强，其有效孔尺寸越小；PEGDA分子链自由度越大，ZIF-8配体旋转所受到束缚作用越弱，其有效孔尺寸越大；在丙烯/丙烷、乙烯/乙烷混合气体的渗透过程中，聚合物基质会随着气体分子的溶解逐渐塑化，导致PEGDA分子链的自由度逐渐增大，从而使膜内ZIF-8的有效孔尺寸逐渐扩张；因此，在所述混合基质膜的丙烯/丙烷、乙烯/乙烷混合气体渗透曲线中，存在一段持续时间较长的非平衡阶段；在此阶段内，分子尺寸相对更小的丙烯或乙烯分子优先于分子尺寸相对较大的丙烷或乙烷分子透过膜，表现出极高的丙烯/丙烷、乙烯/乙烷分离因子；

所述非平衡阶段，可通过真空和加热处理，快速、简便且重复性的再生，从而为其在丙烯/丙烷和乙烯/乙烷分离方面的应用提供了必要条件；通过多个组件的交替工作，可使每个组件内的膜材料均工作在高效筛分区间，从而实现乙烯/乙烷、丙烯/丙烷的连续高效分离。