[发明专利]一种基于金属有机骨架纳米片和氧化石墨烯的复合膜材料、制备方法及在气体分离上的应用

摘要

一种基于金属有机骨架纳米片和氧化石墨烯的复合膜材料及在气体分离上的应用，属于膜材料及其分离技术领域。首先在室温下制备出金属氧化物纳米片，将其和氧化石墨烯分散液通过逐层法铺成复合膜材料，氧化石墨烯作为膜的主体，金属氧化物纳米片掺杂在其中。将得到的复合膜材料和有机配体反应转化为金属有机骨架纳米片掺杂的氧化石墨烯复合膜材料。通过这个策略成功的在保持超薄厚度的同时，将具有均一孔道的金属有机骨架材料引入到膜材料中，从而相对于单纯氧化石墨烯膜提升了6倍的分离选择性，相对于直接法得到膜材料也提升明显。比较不同层数的膜材料，可以发现随着循环数增加，膜的选择性提升明显，到了4循环为最佳值，到了5循环反而下降。

主权项

一种基于金属有机骨架纳米片和氧化石墨烯的复合膜材料的制备方法，其步骤如下：(1)配制氧化石墨烯溶液将氧化石墨烯(分析纯)和去离子水混合配制成浓度为0.05～0.2g·L‑1的氧化石墨烯溶液，将该溶液超声分散均匀，标记为溶液A，密封静置；(2)配制氧化铜纳米片溶液将硝酸铜加入去离子水，配成浓度为1～3mmol·L‑1的硝酸铜溶液；将乙醇胺加入去离子水，配成浓度为1～2mmol·L‑1的乙醇胺溶液；将上述两种溶液等体积混合，在密闭、磁力搅拌下反应0.5～3小时，然后在室温下密闭静置20～30小时，从而得到氧化铜纳米片溶液，标记为溶液B；(3)配制配体溶液将均苯三酸溶于乙醇和水的混合溶剂，配成浓度为0.5～2mmol·L‑1的均苯三酸溶液，标记为溶液C；其中乙醇和水的体积比为1：1，密封静置；(4)逐层法制备二维复合膜以尼龙滤膜为基底，向抽滤装置中依次加入5mL的溶液A和溶液B进行抽滤，完成2～5个循环；当完成最后一次循环并完全抽干后，再加一层1～10mL溶液A封顶，完全抽干后完成初步制膜；然后再向抽滤装置中加入10～50mL溶液C，将氧化铜纳米片转化为HKUST‑1，从而得到基于金属有机骨架纳米片和氧化石墨烯的复合膜材料。