一种离子液体功能化氟化铈多孔纳米片及制备方法和应用、混合基质膜及制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种离子液体功能化氟化铈多孔纳米片及制备方法和应用、混合基质膜及制备方法和应用，属于气体分离膜技术领域。本发明专利技术中，离子液体中含有碱性基团，具有CO

【技术实现步骤摘要】
一种离子液体功能化氟化铈多孔纳米片及制备方法和应用、混合基质膜及制备方法和应用
本专利技术涉及气体分离膜
，尤其涉及一种离子液体功能化氟化铈多孔纳米片及制备方法和应用、混合基质膜及制备方法和应用。
技术介绍
日常生产生活中会产生大量的CO2，当空气中CO2含量过高时会引起温室效应，导致全球变暖等气候问题。因此，急需研发高效的CO2捕集技术。膜分离技术由于成本低、能耗低和绿色环保等优点，被认为是具有良好应用前景的CO2捕集方法，研究开发具有良好渗透和选择性能的膜材料是提高膜分离技术竞争性的关键。现有技术中的膜材料，如CN108358233A中公开的镧系元素氟化物二维多孔纳米片膜材料，存在对酸性气体的渗透性和选择性不佳的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种离子液体功能化氟化铈多孔纳米片及制备方法和应用、混合基质膜及制备方法和应用。本专利技术提供的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的离子液体含有碱性基团，对酸性气体具有优异的渗透性和选择性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种离子液体功能化氟化铈多孔纳米片，包括氟化铈多孔纳米片和离子液体；所述氟化铈多孔纳米片通过静电吸附作用与所述离子液体结合，所述离子液体中含有碱性基团；所述氟化铈多孔纳米片由氟-铈单原子层与层间乙酸根交替堆积排列而成。优选地，所述离子液体包括1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑硝酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐中的一种或多种。优选地，所述氟化铈多孔纳米片由直径为0.5～5nm的纳米颗粒组装而成。优选地，所述离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的平均孔径为0.1～10nm。本专利技术还提供了上述技术方案所述的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的制备方法，包括以下步骤：在氮气气氛中，将水溶性铈盐与乙酸钠水溶液混合，得到混合液；将含氟盐水溶液与所述混合液混合进行沉淀反应，得到氟化铈多孔纳米片；将所述氟化铈多孔纳米片的水溶液与离子液体共混，得到所述离子液体功能化氟化铈多孔纳米片。优选地，所述氟化铈多孔纳米片的水溶液与离子液体的质量比为(5～20):1，所述氟化铈多孔纳米片的水溶液的浓度为0.01～0.06mg/mL。优选地，所述共混的时间为4～72h。本专利技术还提供了一种混合基质膜，包括以下质量分数的组分：离子液体功能化氟化铈多孔纳米片0.5％～30％和聚氧乙烯基高分子70％～99.5％，所述离子液体功能化氟化铈多孔纳米片为上述技术方案所述的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片或上述技术方案所述制备方法制得的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片。本专利技术还提供了上述技术方案所述的混合基质膜的制备方法，包括以下步骤：将离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的溶液与聚氧乙烯基高分子的溶液混合，得到铸膜液；将所述铸膜液依次进行脱泡、溶剂挥发和真空干燥，得到所述混合基质膜。本专利技术还提供了上述技术方案所述的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片或本专利技术还提供了上述技术方案所述的混合基质膜在气体分离领域中的应用。本专利技术提供了一种离子液体功能化氟化铈多孔纳米片，包括氟化铈多孔纳米片和离子液体；所述氟化铈多孔纳米片通过静电吸附作用与所述离子液体结合，所述离子液体中含有碱性基团；所述氟化铈多孔纳米片由氟-铈单原子层与层间乙酸根交替堆积排列而成。本专利技术中，离子液体中含有碱性基团，具有CO2亲和作用，能够增加酸性气体吸附位点，能够促进酸性气体的溶解-扩散，提高酸性气体的选择性和渗透性；氟化铈多孔纳米片是具有层间通道、丰富的纳米孔结构，具有特殊的氟-铈单原子层与层间乙酸根交替堆积结构，形成0.344nm的层间距，可对不同分子动力学直径的气体分子进行筛分，提高选择性，并且使气体分子传输速度加快，进一步提高气体渗透性。进一步地，本专利技术中离子液体包括1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑硝酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐中的一种或多种，离子液体中含有的咪唑基团进一步提高了对酸性气体的吸附性能。本专利技术还提供了离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的制备方法，制备过程无需添加模板，适应范围广泛，操作过程简便，绿色安全无污染，且所制备的氟化铈多孔纳米片结晶性良好，在功能化过程中未被破坏。本专利技术还提供了一种混合基质膜，是一种高分子-无机混合基质膜，兼具高分子膜和无机膜的优点、克服各自部分缺点，利用无机颗粒对膜内高分子链的排布进行干扰，对膜的微观结构和自由体积进行调控和优化，提高膜的孔隙、气体渗透系数，为分离膜发展提供一个新的路径，包括以下质量分数的组分：离子液体功能化氟化铈多孔纳米片0.5％～30％和聚氧乙烯基高分子70％～99.5％，以离子液体功能化氟化铈多孔纳米片为分散相，以聚氧乙烯基高分子基质为连续相，能够有效克服高分子基质膜内的trade-off效应，将离子液体功能化氟化铈多孔纳米片作为填充剂制备高分子-无机混合基质膜，离子液体功能化氟化铈多孔纳米片中的F元素易与聚氧乙烯基高分子中的氢形成氢键，使其具有良好的界面相容和界面结合力，且氢键能够增加气体分子与离子液体功能化氟化铈多孔纳米片之间的亲和力，且由于气体分子在离子液体功能化氟化铈多孔纳米片中传输速度要远远高于在聚氧乙烯基高分子基质中的传输速度，从而提高了气体渗透性，提供的混合基质膜不仅能够提高对酸性气体的选择性和渗透性，还能够改善高分子-无机混合基质膜的机械性能。本专利技术还提供了混合基质膜的制备方法，通过简单的物理共混，将离子液体功能化氟化铈多孔纳米片添加至聚氧乙烯基高分子基质中，离子液体功能化氟化铈多孔纳米片在膜内可起到尺寸筛分的作用从而提升气体分离性能；可改变聚氧乙烯基高分子基质的链段运动性和相分离结构，为气体传递提供更多的自由体积；离子液体功能化氟化铈多孔纳米片与聚氧乙烯基高分子具有良好的界面相容性，碱性基团的存在，有利于提高气体渗透性能。附图说明图1为实施例1制备得到的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的低倍TEM图；图2为实施例1制备得到的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的高倍TEM图；图3为实施例1制备得到的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片及氟化铈多孔纳米片X-射线衍射图；图4为实施例1制备得到的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的傅里叶红外光谱图；图5为实施例1制备得到的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片孔径分布图；图6为对比例1制得的聚氧乙烯基高分子纯膜的断面局部SEM图；图7为实施例6制得的混合基质膜的断面局部SEM图。具体实施方式本专利技术提供了一种离子液体功能化氟化铈多孔纳米片(f-F-Ce)，包括氟化铈多孔纳米片(F-Ce)和离子液体(ILs)；所述氟化铈多孔纳米片通过静电吸附作用与所述离子液体结合，所述离子液体中含有碱性基团；所述氟化铈多孔纳米片由氟-铈单原子层与层间乙酸根交替堆积排列而成。在本专利技术中，所述离子液体优选包括1-乙基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子液体功能化氟化铈多孔纳米片，其特征在于，包括氟化铈多孔纳米片和离子液体；所述氟化铈多孔纳米片通过静电吸附作用与所述离子液体结合，所述离子液体中含有碱性基团；所述氟化铈多孔纳米片由氟-铈单原子层与层间乙酸根交替堆积排列而成。/n

【技术特征摘要】
1.一种离子液体功能化氟化铈多孔纳米片，其特征在于，包括氟化铈多孔纳米片和离子液体；所述氟化铈多孔纳米片通过静电吸附作用与所述离子液体结合，所述离子液体中含有碱性基团；所述氟化铈多孔纳米片由氟-铈单原子层与层间乙酸根交替堆积排列而成。


2.根据权利要求1所述的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片，其特征在于，所述离子液体包括1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑硝酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片，其特征在于，所述氟化铈多孔纳米片由直径为0.5～5nm的纳米颗粒组装而成。


4.根据权利要求1或3所述的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片，其特征在于，所述离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的平均孔径为0.1～10nm。


5.权利要求1～4任一项所述的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在氮气气氛中，将水溶性铈盐与乙酸钠水溶液混合，得到混合液；
将含氟盐水溶液与所述混合液混合进行沉淀反应，得到氟化铈多孔纳米片；
将所述氟化铈多孔纳米片的水溶液与离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉忠，马蔷，辛清萍，李泓，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12