金属有机骨架膜制造技术

本文公开了一种离子选择性分离膜，其包括：金属有机骨架层，其形成在基材上、基材中和/或基材周围，该金属有机骨架具有晶体结构，该晶体结构包括第一表面和第二表面，并且包括形成在第一表面和第二表面中的各个孔窗口之间的离子迁移通道；在膜两端施加电位差的第一和第二电极；其中各个孔窗口的孔径小于离子选择性分离膜对其具有选择性的离子的水合直径。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属有机骨架膜
本专利技术涉及金属有机骨架膜，其例如用在离子迁移和分离过程中。
技术介绍
具有超快离子渗透和高离子选择性的多孔膜对于有效的矿物分离、水净化和能量转换是非常理想的，但是使用合成膜有效地分离相同化合价和相似尺寸的原子离子仍然是一个巨大的挑战。具有狭窄的孔径分布，尤其是在埃范围内的孔径分布的金属有机骨架(MOF)膜对于分离技术非常有意义。通过具有约窗口的Cu3(BTC)2和其他具有至窗口的沸石咪唑酸盐骨架(ZIF)的MOF观察到的高气体吸附能力和优异的选择性导致了用于压力驱动气体分离过程的一系列MOF膜的制备。但是，迄今为止，尚未有关于MOF膜对离子的选择性迁移和分离的研究的报道。本专利技术的目的是解决和/或改善现有技术膜的至少一个缺点。在说明书中对任何现有技术的引用不是承认或暗示该现有技术构成了任何法律意义上的公知常识的一部分或者该现有技术可以被本领域技术人员合理地预期理解、认为是相关的和/或与其他现有技术相结合。
技术实现思路
在本专利技术的第一方面，提供了一种离子选择性分离膜，其包括：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子选择性分离膜，其包括：/n金属有机骨架层，其形成在基材上、基材中和/或基材周围，所述金属有机骨架具有晶体结构，所述晶体结构包括第一表面和第二表面，并且包括形成在第一表面和第二表面中的各个孔窗口之间的离子迁移通道；/n在膜两端施加电位差的第一电极和第二电极；/n其中各个孔窗口的孔径小于离子选择性分离膜对其具有选择性的离子的水合直径。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171215 AU 20179050291.一种离子选择性分离膜，其包括：
金属有机骨架层，其形成在基材上、基材中和/或基材周围，所述金属有机骨架具有晶体结构，所述晶体结构包括第一表面和第二表面，并且包括形成在第一表面和第二表面中的各个孔窗口之间的离子迁移通道；
在膜两端施加电位差的第一电极和第二电极；
其中各个孔窗口的孔径小于离子选择性分离膜对其具有选择性的离子的水合直径。


2.根据权利要求1所述的离子选择性分离膜，其中所述金属有机骨架是选自以下的材料：ZIF-8、UiO-66、UiO-66-NH2和UiO-66-N+(CH3)3。


3.根据权利要求1或2所述的离子选择性分离膜，其中所述离子迁移通道包括多个扩展区域，每个扩展区域由内部孔隔开，所述内部孔具有与孔窗口的形状和尺寸相对应的开口，并且其中扩展区域的尺寸大于离子选择性分离膜对其具有选择性的离子的水合直径。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的离子选择性分离膜，其中所述基材由选自氧化石墨烯、沸石、MoS2、WS2和BN的2D层状材料形成。


5.根据前述权利要求中任一项所述的离子选择性分离膜，其中所述离子选择性膜还包括支撑层，金属有机骨架层施加于支撑层的表面。


6.根据权利要求1至4中任一项所述的离子选择性分离膜，其中所述基材是具有多个通道的多孔基材，并且金属有机骨架层形成为多个通道中的每个通道内的金属有机骨架材料塞。


7.根据权利要求6所述的离子选择性分离膜，其中所述通道是尺寸为5nm至200nm的纳米通道。


8.根据权利要求6或7所述的离子选择性分离膜，其中所述多孔基材选自多孔金属、多孔陶瓷和多孔聚合物。


9.根据前述权利要求中任一项所述的离子选择性分离膜，其中所述孔径为至小于1nm。


10.根据前述权利要求中任一项所述的离子选择性分离膜，其中所述膜选自Li+离子选择性膜和F-离子选择性膜。


11.一种在极性溶液中选择性分离离子的方法，所述方法包括：
提供离子选择性分离膜，其包括：
金属有机骨架层，其形成在基材上、基材中和/或基材周围，所述金属有机骨架具有晶体结构，所述晶体结构包括第一表面和第二表面，并且包括形成在第一表面和第二表面中的各个孔窗口之间的离子迁移通道；和
在膜两端施加电位差的第一电极和第二电极；
其中各个孔窗口的孔径小于离子选择性分离膜对其具有选择性的离子的水合直径；
将包含多个离子的极性溶液暴露于第一表面；和
在膜两端施加电势差，以将离子选择性地迁移到第一表面的孔窗口中，并通过离子迁移通道从第二表面的孔窗口中迁移出去。


12.根据权利要求11所述的方法，其中所述电势差为10mV至2V。


13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述方法用于从极性溶液中选择性地分离Li+离子，并且该极性溶液包含Li+离子和至少一种其他阳离子。


14.根据权利要求13所述的方法，其中所述其他阳离子是选自Na+、K+和Rb+的碱金属离子。


15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，与其他阳离子相比，对Li+离子的选择性为至少1.1。


16.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述方法用于从极性溶液中选择性地分离F-离子，并且所述极性溶液包含F-离子和至少一种其他阴离子。


17.根据权利要求16所述的方法，其中所述其他阴离子选自C1-、Br-、I-和SO42-。


18.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中与所述其他阴离子相比，对F-离子的选择性为至少20。


19.一种离子选择性分离膜，其包括：
具有多个纳米通道的纳米多孔基材；和
在多个纳米通道的每个通道内的金属有机骨架材料塞；
金属有机骨架具有晶体结构，所述晶体结构包括第一表面和第二表面，并且包括在第一表面和第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：王焕庭，张华成，李兴亚，陆军，本尼·弗里曼，安尼塔·乔伊斯·希尔，
申请(专利权)人：莫纳什大学，联邦科学和工业研究组织，德克萨斯大学系统董事会，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU