[发明专利]一种多孔二维氟-铈纳米材料混合基质膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种多孔二维氟‑铈纳米材料混合基质膜及其制备方法和应用，涉及气体分离膜技术领域。本发明提供的多孔二维氟‑铈纳米材料混合基质膜，包括聚环氧乙烷基质以及分散在所述聚环氧乙烷基质中的多孔二维F‑Ce纳米片。本发明提供的混合基质膜同时具有较高的CO₂气体渗透性和选择性，可应用于化石燃料燃烧产生的烟气和工业合成气中CO₂的分离与捕集，减缓工业生产中温室气体的排放。

技术领域

本发明涉及气体分离膜技术领域，具体涉及一种多孔二维氟-铈纳米材料混合基质膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业的发展，CO₂排放量日益增多，世界将面临着严峻的环境问题，如全球变暖、酸雨以及生态系统的变化。当前化石燃料的燃烧是CO₂最主要的排放源，如何从烟道气中高效分离富集CO₂成为人们研究的重点。

膜分离技术是一种新型高效的分离技术，与传统的分离技术如吸附、蒸馏相比，它具有操作简单方便、节能、无污染等优点，可广泛的应用于废气处理、气体纯化分离、生产工艺中气体回收等领域。目前，商业化气体分离膜材料大多是传统高分子材料，如聚砜类材料、纤维素类材料、聚酰胺类材料等，此类膜材料都存在气体渗透性和选择性相互制约(Trade-off)的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔二维氟-铈纳米材料混合基质膜及其制备方法和应用，本发明提供的混合基质膜同时具有较高的CO₂气体渗透性和选择性，可应用于化石燃料燃烧产生的烟气和工业合成气中CO₂的分离与捕集，减缓工业生产中温室气体的排放。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种多孔二维氟-铈纳米材料混合基质膜，包括聚环氧乙烷基质以及分散在所述聚环氧乙烷基质中的多孔二维F-Ce纳米片。

优选地，所述多孔二维F-Ce纳米片以F-Ce单原子为主层，乙酸根为层间物；所述多孔二维F-Ce纳米片的层间距为0.33～0.36nm；所述多孔二维F-Ce纳米片的平均孔径为0.1～10nm。

优选地，所述多孔二维F-Ce纳米片的平均横向尺寸为140～190nm。

优选地，所述多孔二维氟-铈纳米材料混合基质膜的厚度为80～220μm。

优选地，所述多孔二维氟-铈纳米材料混合基质膜的形式为平板膜、中空纤维膜或管式膜。

本发明提供了上述技术方案所述多孔二维氟-铈纳米材料混合基质膜的制备方法，包括以下步骤：

将聚环氧乙烷预聚物、多孔二维F-Ce纳米片分散液、引发剂和溶剂混合，得到混合分散液；

将所述混合分散液置于两块石英板之间，进行光固化，得到多孔二维氟-铈纳米材料混合基质膜。

优选地，所述聚环氧乙烷预聚物包括聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、双酚A乙氧基化物二丙烯酸酯、四乙基乙二醇二甲基丙烯酸乙酯和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或多种。

优选地，所述聚环氧乙烷预聚物和多孔二维F-Ce纳米片分散液中的多孔二维F-Ce纳米片的质量比为1：0.005～0.08。

优选地，所述光固化为紫外光固化。

本发明提供了上述技术方案所述多孔二维氟-铈纳米材料混合基质膜或上述技术方案所述制备方法制备得到的多孔二维氟-铈纳米材料混合基质膜在CO₂气体分离中的应用。