配位聚合物膜材料及其在二氧化碳分离方面的应用,属于膜材料及其分离技术领域。本发明专利技术采用原位或二次生长的方法在不同的溶剂热条件下得到了自支撑和载体支撑的配位聚合物膜材料。结果表明相对于CH4、N2两种气体，H2对CO2的分离效果最好，可以达到9.3，高于努森扩散理论值（4.7），同时CO2对CH4、N2两种其体的分离因子也高于努森扩散理论值。这些结果说明，本发明专利技术制备得到的膜材料可用于CO2和其他气体分离。同时，气体的透过率也很高，可以达到10-6数量级，有很高的实际应用价值。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】配位聚合物膜材料及其在二氧化碳分离方面的应用,属于膜材料及其分离
。本专利技术采用原位或二次生长的方法在不同的溶剂热条件下得到了自支撑和载体支撑的配位聚合物膜材料。结果表明相对于CH4、N2两种气体，H2对CO2的分离效果最好，可以达到9.3，高于努森扩散理论值（4.7），同时CO2对CH4、N2两种其体的分离因子也高于努森扩散理论值。这些结果说明，本专利技术制备得到的膜材料可用于CO2和其他气体分离。同时，气体的透过率也很高，可以达到10-6数量级，有很高的实际应用价值。【专利说明】配位聚合物膜材料及其在二氧化碳分离方面的应用
本专利技术属于膜材料及其分离
，具体涉及一种配位聚合物膜材料及该膜材料在二氧化碳分离方面的应用。
技术介绍
美国环境保护署认定，二氧化碳等温室气体是空气污染物，“危害公众健康与人类福祉”，人类大规模排放温室气体足以引发全球变暖等气候变化。二氧化碳增加虽然有利于增加绿色植物的光合产物，但它的增加引起的气温和降水的变化，会影响和改变气候生产潜力，从而改变生态系统的初级生产力和农业的土地承载力。这种因气候变化而对生态系统和农业的间接影响，可能大大超过二氧化碳本身对光合作用的直接影响。按照气候模拟试验的结果，二氧化碳加倍以后，可能造成热带扩展，副热带、暖热带和寒带缩小，寒温带略有增加，草原和荒漠的面积增加，森林的面积减少。二氧化碳和气候变化可能影响到农业的种植决策、品种布局和品种改良、土地利用、农业投入和技术改进等一系列问题。因此在制定国家的发展战略和农业的长期规划时，应该考虑到二氧化碳增加可能导致的气候和环境的变化背景。这个问题对于面临人口膨胀和人均资源贫乏两大压力的我国，显得尤为重要和紧迫。碳捕捉，就是捕捉释放到大气中的二氧化碳，压缩之后，压回到枯竭的油田和天然气领域或者其他安全的地下场所。这种技术不仅可以对气候变化产生作用，还可以实现一定的商业价值。被捕获的碳可以用于石油开采，冶炼厂，甚至汽车业。二氧化碳可以变废为宝，将石油的采收率提高至40-45%。但是，技术瓶颈仍然存在，大规模发展的价格依然昂贵，让项目进行困难重重。因为二氧化碳一般低压下和其他气体存在在一起，目前捕获二氧化碳的主要方法就是采用合适的吸附剂，这种材料选择性的吸附二氧化碳并再放出储存放入合适的场所处理。但吸附剂是一个连续的投入，目前研制的材料成本颇高，限制了这种方法的实际应用。气体膜分离技术是近年来兴起的一种先进技术，相对传统的纯化方法，膜分离技术具有很多优点，如分离消耗能量小，效率高，仪器装置简单易操作，且后期投入小，成本低。如果有一种膜材料可以将二氧化碳和其他气体分离开来，就可以实现一个高效连续低成本的捕获二氧化碳过程。配位聚合物通常是指小分子配体与金属离子通过自组装过程形成的具有周期性网络结构的金属有机骨架晶体材料。它不仅具有与沸石分子筛相似的晶体结构，而且通过拓扑结构的定向设计和有机官能团的拓展可以获得不同尺寸的孔道和孔穴，同时具有独特的光、电、磁等性质。作为一种新型分子功能材料，它跨越了无机化学、配位化学、有机化学、物理化学、超分子化学、材料化学、生物化学、晶体工程学和拓扑学等多个学科领域。因此，近年来配位聚合物的设计合成、结构及性能研究迅速发展成为跨学科的研究热点之一。配位聚合物材料作为一种新型的无机多孔材料，它的研究方法和研究目的主要集中在如何通过有机官能团的设计和拓展来实现孔道尺寸的突破。人们不遗余力的设计、合成和寻找新的有机配体，期望获得更大的孔道和空穴结构。近十年人们花了大量的精力和物力致力于设计合成具有新结构的配位聚合物晶体材料，但对于配位聚合物膜材料的研究少之又少，因为这类材料像分子筛材料一样拥有规则排列的孔道结构、孔道大小、连通性和可控性，而且孔道可以被设计或修饰来达到材料性质的多样化，例如可以通过金属和配体有机官能团的选择，达到与特定分子产生强作用力，从而利用吸附扩散达到分离作用。同时制备没有载体而自支撑的配位聚合物膜的方法更是很少被报道，而这种膜在一些薄膜器件方面具有十分重要的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种配位聚合物膜材料，包括自支撑膜材料和载体支撑膜材料，以及利用该配位聚合物膜材料进行二氧化碳的分离。所涉及的配位聚合物Zn2 (DOBDC) (Rosi, N.; Kim, J.; Eddaoudi, M.; Chen, B.;O' Keeffe, M.;Yaghi,0.“Rod Packings and Metal?0rganic FrameworksConstructedfrom Rod-Shaped Secondary Building Units” J.Am.Chem.Soc.2005 年,127 卷,页码:1504-1518.)膜材料是由金属Zn离子和2，5- 二甲基-对苯二甲酸(DOBDC)配位形成的具有均一孔道大小(11 A)的骨架材料，金属锌次级结构单元由配体DOBDC连接形成六圆环，一维孔道结构。刚合成的孔道被溶剂分子水和二甲基甲酰胺(DMF)占据，当除去客体分子后，金属中心处于不饱和状态，形成可配位的金属位点，使得整个材料对二氧化碳具有选择性吸附的作用。当这种材料被制备成膜后，二氧化碳分子与骨架有很强的作用力，二氧化碳在膜里的扩散速度慢，利用吸附-扩散原理，达到分离的效果。本专利技术采用原位或二次生长的方法在不同的溶剂热条件下得到了自支撑和载体支撑的配位聚合物膜材料，其由如下步骤制备得到:自支撑膜: 将金属源硝酸锌和有机配体DOBDC分别溶解在不同极性的溶剂中，即将硝酸锌溶解在去离子水中(A溶液)，将DOBDC溶解在甲苯中(B溶液)，然后缓慢的将A溶液倒入B溶液中，由于极性不同，两种溶液分层，将盛有混合溶液的反应釜放入烘箱中加热到115~125°C反应20~30小时，反应液中各物质的质量比为，硝酸锌:D0BDC:去离子水:甲苯=1:0.2~0.5:100:80~120 ;反应完成后将反应釜取出冷却到室温，打开反应釜，得到在两种溶液界面间生长的自支撑配位聚合物膜，进行相关表征。这种界面生长的方法还可用于其他结构的配位聚合物膜的制备，如配位聚合物MIL-53 和 JUC-32 (T.Loiseau, C.Serre, C.Huguenard, G.Fink, F.Taulelle, M.Henry, T.Bataille, G.Ferey, “A Rationale for the Large Breathing of the Porous AluminumTerephthalate (MIL-53) Upon Hydration”, Chem.Eur.J.2004年，10 卷，页码:1373 - 1382 ；李忠月，刘昆，张运兴，朱广山，裘式纶，一系列稀土金属有机骨架的储气以及荧光性质，《无机化学学报》2012年28卷，页码710-714)。载体支撑膜:1、载体的预处理将单层镍网放入容器(烧杯)中，再向容器(烧杯)中加入去离子水和洗涤剂(工业或民用洗涤剂均可，去离子水和洗涤剂的质量比为5~10:1)，超声，之后再用去离子水超声处理3?5次，然后将单层镍网取出后放入100?150°C烘箱中干燥，从而得到清洗好的单本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种配位聚合物膜材料，其特征在于由如下方法制备得到：将硝酸锌溶解在去离子水中，标记为A溶液；将DOBDC溶解在甲苯中，标记为B溶液，然后缓慢的将A溶液倒入B溶液中，将盛有混合溶液的反应釜放入烘箱中加热到115～125℃反应20～30小时，硝酸锌、DOBDC、去离子水、甲苯的质量比为1：0.2～0.5：100：80～120；反应完成后将反应釜取出冷却到室温，打开反应釜，得到在两种溶液界面间生长的自支撑配位聚合物膜。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：康子曦，于剑峰，孙道峰，董斌，王淑涛，周炎，姜翠玉，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37
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