[发明专利]一种UiO-66-NH2

说明书

本发明为一种UiO‑66‑NH₂型中空纤维混合基质膜的制备方法。该方法通过溶剂热法制备出粒径尺寸小的UiO‑66‑NH₂作为填料，通过超声分散实现与聚酰亚胺基质膜的物理均匀共混配制出纺丝液，然后采用干‑湿纺丝法制备出高效的气体分离中空纤维混合基质膜，并将其应用于CO₂/N₂、CO₂/CH₄、O₂/N₂分离。本发明合成的UiO‑66‑NH₂填料避免因填料与基质膜性质相差过大而导致的较强界面效应，且填料粒径尺寸小，水热稳定性好，制备得到UiO‑66‑NH₂型中空纤维混合基质膜气体渗透通量高，适用于气体分离。

技术领域

本发明是属于高分子材料制备的技术领域，特别涉及一种UiO-66-NH₂型中空纤维混合基质膜的制备方法。

背景技术

膜分离技术始于20世纪初，已经有200多年的历史。气体分离膜是具有选择透过性的薄膜对不同组分的气体进行分离提纯。膜分离技术由于操作简单、适用范围广、分离过程和设备简单等优点，被公认为是未来最具发展前途的“绿色技术”之一。此外，气体膜分离技术还有过程无相变、能耗少、成本和操作费用低、效率高和环境污染少等优点。因此，膜分离技术在烟道气分离、氢气回收、天然气净化、有机蒸汽分离和气体除湿等领域具有更高的效率和经济效益。随着海上天然气的开采越来越多，将操作简单、占地面积小的膜分离技术灵活应用到海上平台具有很大的优势。而扩大气体分离膜应用需要进一步提高膜的渗透分离性能和稳定性并降低膜组件的制备成本。

气体分离膜多种多样，按照不同的分类方式可以分成不同的类型，按照膜组件结构形态的不同可分为管式膜，平板膜和中空纤维膜，由于中空纤维膜的装填密度高，制造成本低和1cm³膜组件中空纤维膜的有效膜面积可以达到10000m²，是平板膜或框架膜的10倍的优势，中空纤维膜更适合于工业化大规模应用。

由聚合物基质膜和填料制备混合基质致密膜是目前一种较为常见的致密气体分离膜，可以有效提升基质膜的气体渗透通量和分离选择性。但由于很多填料粒径尺寸大，水热稳定性差，也很少采用聚合物基质膜和填料制备中空纤维混合基质膜。

发明内容

本发明针对当前无机填料存在严重界面效应以及膜材料固有的“权衡效应”而导致的气体渗透通量大幅提升的同时分离选择性的大幅度降低的现象和很多多孔填料无法制备中空纤维混合基质膜的现象，开发出一种气体渗透通量高、用于气体分离的UiO-66-NH₂型中空纤维混合基质膜的制备方法。

为达到上述发明目的，本发明的设计思路是：通过溶剂热反应制备出粒径尺寸小\热稳定性好的UiO-66-NH₂。用该UiO-66-NH₂作为填料，通过超声分散实现与聚酰亚胺基质膜的物理均匀共混，采用干-湿纺丝法制备出高效的气体分离中空纤维混合基质膜，并将其应用于CO₂/N₂、CO₂/CH₄、O₂/N₂分离。本发明合成的UiO-66-NH₂填料避免因填料粒径过大而导致的喷丝头的堵塞。UiO-66-NH₂自身丰富的孔结构可以为气体传输提供快速传输通道。此外，UiO-66-NH₂的氨基还可以促进CO₂与中空纤维混合基质膜相互作用，从而提升CO₂在中空纤维混合基质膜中的溶解度系数。从而在损失较小分离选择性的情况下，大幅提升聚酰亚胺气体分离膜气体渗透通量。

本发明提供了一种UiO-66-NH₂型中空纤维混合基质膜的制备方法，包括步骤如下：