一种ZIF-8/PDMS混合基质渗透汽化膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种ZIF
‑
8/PDMS混合基质渗透汽化膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于膜分离
，具体涉及一种ZIF
‑
8/PDMS混合基质渗透汽化膜及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]渗透汽化(Pervaporation，PV)是一种以分离材料为基础而形成的新型膜分离技术，其特征在于它是利用材料的特性而实现物质分离，物质在材料中的溶解、扩散规律是过程实现的理论基础。PV技术具有分离条件温和、对热敏性芳香物无热破坏，能耗低、不需要附加其它处理和添加溶剂或吸附剂以及可连续操作等优点，在化工、能源、环境、医药、食品等领域具有广阔的应用前景。
[0003]根据分离物系的不同，渗透汽化膜可以分为透水膜、透醇膜和有机
‑
有机分离膜，其中优先透醇的渗透汽化过程选具有高选择性，高安全性、低能耗，而且便于和大多数天然芳香物分离工艺集成，因而被认为是植物芳香物回收中一个很有前景的替代方法。近年来，国内外研究者们已经开展了PV技术在浓缩果汁(如苹果汁、石榴汁、黑莓汁、柠檬汁等)，以及茶叶等食品原料加工过程中的芳香物回收研究，并显示了良好的应用效果。但渗透汽化膜为一种致密膜，有机物分子在膜相内的扩散速率不仅取决于目标物的沸点、极性以及分子量等理化性质，同时也与膜材料的结构和性质密切相关。植物挥发性芳香物多为醇类、有机酸类、酮类、醛类、酯类、醚类或烃类化合物，分子量和沸点均较高，导致其渗透汽化通量较低，难以满足工业化过程的要求。
[0004]为此，研究者们在膜结构设计、优化方面开展了大量工作，其中有机
‑
无机杂化膜能够结合有机膜和无机膜的优点，相较于有机膜或无机膜，杂化膜具有更好的机械性能、抗溶胀性，并可大幅降低膜材料成本；此外，无机填充粒子，如纳米有机硅、多壁/单壁碳纳米管，或纳米金属
‑
有机骨架的加入还可有效改善有机物的渗透汽化通量和分离因子，因而备受研究者们的关注。
[0005]沸石
‑
咪唑盐骨架(ZIF)由与锌基咪唑基连接基配位金属Zn或Co节点组成的多孔晶体材料。ZIF中金属
‑
连接基
‑
金属的键合角(
‑
145
°
)与沸石中T
‑
O
‑
T的键合角相似，因此形成了沸石拓扑结构，其中具有方钠石(SOD)拓扑的ZIF
‑
8由与锌节点互连的2
‑
甲基咪唑(Hmin)组成，具有出色的耐溶剂性以及热和化学稳定性。由于ZIF
‑
8具有0.34nm的超小孔径，可为提供气体或有机分子提供扩散通道；同时，连接基上的甲基使得ZIF
‑
8具有超疏水性。因此，将ZIF
‑
8作为填充粒子可有效提高亲有机物膜的渗透汽化分离性能，可应用于气体分离和水溶液中有机化合物的回收。
[0006]目前，将ZIF
‑
8骨架材料作为填充粒子用于有机/无机杂化膜的制备研究非常活跃。通常的方法是共混法、原位生长法、合成前修饰法、合成后修饰法和二次生长法。共混法制备技术虽然简单易操作，组分浓度控制容易，但所制备的材料中有机或无机组分容易聚集，相分离现象严重，不利于材料的均匀化。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种采用二次生长法和涂膜法制备ZIF
‑
8/PDMS混合基质渗透汽化膜，解决ZIF
‑
8在PDMS有机膜上分布不均匀的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0009]一种ZIF
‑
8/PDMS混合基质渗透汽化膜的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)将六水合硝酸锌和2
‑
甲基咪唑溶于溶剂中混合均匀，静置得到ZIF
‑
8前驱体溶液；
[0011](2)将步骤(1)得到的ZIF
‑
8前驱体溶液通过抽滤的方法透过PVDF膜，得到预置ZIF
‑
8晶种的PVDF膜Ι；
[0012](3)采用扩散法，将六水合硝酸锌溶液和2
‑
甲基咪唑溶液分别置于上述预置ZIF
‑
8晶种的PVDF膜的两侧进行扩散结晶，随后取出薄膜经洗涤、干燥得到带有ZIF
‑
8晶体的PVDF基底膜П；
[0013](4)将PDMS、交联剂混合得到悬浮液，然后将二月桂酸二丁基锡添加到该悬浮液中，搅拌均匀得到涂膜液；
[0014](5)将步骤(4)得到的涂膜液均匀涂覆于步骤(3)得到的带有ZIF
‑
8晶体的PVDF基底膜П上，常温下交联后干燥即得。
[0015]优选地，步骤(1)中，所述的ZIF
‑
8前驱体溶液为将六水合硝酸锌和2
‑
甲基咪唑溶解在甲醇中，配制的ZIF
‑
8前驱体溶液中六水合硝酸锌的浓度为0.01
‑
0.05g/ml，2
‑
甲基咪唑的浓度为0.03
‑
0.06g/ml。
[0016]优选地，步骤(3)中，所述的六水合硝酸锌溶液为将六水合硝酸锌溶解在甲醇中，浓度为0.01
‑
0.05g/ml；所述的2
‑
甲基咪唑溶液为将2
‑
甲基咪唑溶解在甲醇中，浓度为0.03
‑
0.06g/ml。
[0017]优选地，步骤(3)中，所述的扩散结晶时间为12
‑
72h，温度控制在30～35℃。
[0018]优选地，步骤(4)中，所述的PDMS在25℃下的粘度值为500
‑
1000cP。
[0019]优选地，步骤(4)中，所述的交联剂选自正硅酸乙酯、3
‑
甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷(KH
‑
571)、乙烯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷中的任意一种。
[0020]优选地，步骤(4)中，所述的PDMS和交联剂的混合质量比为10
‑
20:1，所述二月桂酸二丁基锡的添加量为悬浮液质量的0.050％
‑
0.096％。
[0021]优选地，步骤(5)中，涂膜液涂覆的厚度控制在5
‑
30μm。
[0022]进一步地，采用上述制备方法制备得到的ZIF
‑
8/PDMS混合基质渗透汽化膜也在本专利技术的保护范围中。
[0023]更进一步地，本专利技术还要求保护上述制备得到的ZIF
‑
8/PDMS混合基质渗透汽化膜在分离乙醇中的应用。
[0024]渗透汽化分离在温度为30
‑
50℃，真空度在160
‑
300Pa，进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种ZIF
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8/PDMS混合基质渗透汽化膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将六水合硝酸锌和2
‑
甲基咪唑溶于溶剂中混合均匀，静置得到ZIF
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8前驱体溶液；(2)将步骤(1)得到的ZIF
‑
8前驱体溶液通过抽滤的方法透过PVDF膜，得到预置ZIF
‑
8晶种的PVDF膜Ι；(3)采用扩散法，将六水合硝酸锌溶液和2
‑
甲基咪唑溶液分别置于上述预置ZIF
‑
8晶种的PVDF膜的两侧进行扩散结晶，随后取出薄膜经洗涤、干燥得到带有ZIF
‑
8晶体的PVDF基底膜П；(4)将PDMS、交联剂混合得到悬浮液，然后将二月桂酸二丁基锡添加到该悬浮液中，搅拌均匀得到涂膜液；(5)将步骤(4)得到的涂膜液均匀涂覆于步骤(3)得到的带有ZIF
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8晶体的PVDF基底膜П上，常温下交联后干燥即得。2.根据权利要求1所述的ZIF
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8/PDMS混合基质渗透汽化膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的ZIF
‑
8前驱体溶液为将六水合硝酸锌和2
‑
甲基咪唑溶解在甲醇中，配制的ZIF
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8前驱体溶液中六水合硝酸锌的浓度为0.01
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0.05g/ml，2
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甲基咪唑的浓度为0.03
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0.06g/ml。3.根据权利要求1所述的ZIF
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8/PDMS混合基质渗透汽化膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的六水合硝酸锌溶液为将六水合硝酸锌溶解在甲醇中，浓度为0.01
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【专利技术属性】
技术研发人员：姚忠，李睿，李佳玮，杨冬伊，孙芸，朱本伟，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：