[发明专利]一种限域界面聚合反应制备共价有机框架复合膜的方法及其应用

说明书

一种限域界面聚合反应制备共价有机框架复合膜的方法及其应用，涉及膜分离技术和新材料领域，制备方法包括有机高分子溶液、有机相单体溶液、水相单体溶液的配制以及界面聚合的步骤。通过改变聚合物的分子量和种类，调节高分子水溶液对水相单体分子的空间位阻，从而调控水相单体分子向膜表面扩散的速率，并使水相单体与有机相单体的反应限制在基膜的表面，促进COFs薄膜的结晶和生长，制备无缺陷的COFs复合膜。本发明提出的限域界面聚合反应制备COFs复合膜的方法及其应用，对液‑液界面聚合反应制备COFs膜的方法进行了优化，过程简单，易于控制，具有产业化生产前景。

技术领域

本发明涉及膜分离技术和新材料领域，具体是涉及一种限域界面聚合反应制备共价有机框架复合膜的方法及其应用。

背景技术

共价有机骨架(Covalentorganicframeworks，COFs)材料是均孔晶态高分子聚合物。它具有孔径可调、化学稳定、孔径均一的特点，在气体分离、脱盐、溶剂回收等膜分离领域引起了广泛关注。

目前，制备COFs膜的路径主要有“自上而下”和“自下而上”两种。“自上而下”是将反应单体混合制备具有高结晶度的COFs二维纳米片，再利用真空抽滤的方式在支撑体膜上制备COFs膜。中国专利[CN 106512754 A]、中国专利[CN 111087615 A]、中国专利[CN110813111 A]、中国专利[CN 112844049 A]均是采用了该路径。然而，COFs二维纳米片之间的相互作用力较弱，“自上而下”制备的COFs膜难以保证完整性和避免缺陷的产生，不适用于大面积的产业化推广。“自下而上”的路径是指将反应单体分别溶解于互不相溶的两相溶剂中，利用界面聚合反应在两相界面直接合成COFs膜。其中，中国专利[CN 111454410 A]、中国专利[CN 114478967 A]采用了液-液界面聚合法制备了COFs膜。为了进一步增强界面聚合法制备COFs膜的强度，中国专利[CN 114534524 A]将已合成的COFs膜转移到聚砜基膜的表面制备了COFs复合膜，中国专利[CN 115125403 A]直接在超滤基膜上合成了COFs分离层，得到COFs复合膜。

然而，界面聚合法制备COFs复合膜仍存在许多问题，主要是如何在不增加COFs分离层厚度的基础上减少COFs分离层的缺陷，提高COFs分离层孔结构的有序度。基于此，本发明提出了一种限域界面聚合反应制备COFs复合膜的新策略。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种限域界面聚合反应制备共价有机框架复合膜的方法及其应用，这种COFs共价有机框架复合膜具有高的渗透通量和截留率。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种限域界面聚合反应制备共价有机框架复合膜的方法，包括有机高分子溶液、有机相单体溶液、水相单体溶液的配制以及界面聚合反应的步骤，具体为：

1)、将有机高分子聚合物溶解在水中制备有机高分子溶液，将有机相单体溶解在溶剂中制备有机相单体溶液，将水相单体分子和有机酸催化剂溶解在水中制备水相单体溶液；

2)、将有机高分子溶液、有机相单体溶液分别加入到基膜表面两侧的膜池中；将配制好的水相单体溶液逐滴滴加在有机高分子溶液的上表面；待滴加完毕后，将界面聚合装置浸没水浴中反应得到COFs复合膜；水相单体溶液中的水相单体分子和有机酸催化剂分子通过有机高分子溶液层向基膜表面扩散，并在基膜表面与有机相单体分子发生化学反应，生成COFs共价有机框架复合膜。

作为本发明的优选技术方案，所述有机高分子聚合物为聚乙二醇PEG-600、PEG-2000，或者聚丙二醇PPG-400、PPG-1000，或者葡聚糖T-70、T-500、T-800中的一种。