一种ZIF-8/6FDA-BI：DAM(1:1)杂化膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种ZIF
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8/6FDA
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BI：DAM(1:1)杂化膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种分离膜及其制备方法，尤其涉及一种ZIF
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8/6FDA
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BI：DAM(1:1)杂化膜及其制备方法，属于气体分离


技术介绍

[0002]膜分离技术作为一类节能型气体分离技术以其能耗低、成本低、效率高、占地面积小等优点脱颖而出，成为目前的研究热点。常见的气体分离膜材料包括聚合物膜、无机膜及杂化膜等。其中，杂化膜也叫混合基质膜(MMMs)是基于无机材料/聚合物制备而成的一种膜材料，兼具聚合物膜易加工以及无机膜稳定性高、分离性能优异的优点，同时又克服了渗透率和选择性不能同时提高的问题，受到了科研人员的广泛关注。常用的分散相有沸石分子筛、碳纳米管、介孔及无孔纳米材料、金属有机框架材料等。金属有机框架材料(MOFs)因比表面积较大、多孔且孔道结构可调、含有不饱和金属位点、表面可修饰的优点，使其成为制备杂化膜的理想分散相。
[0003]要进一步优化杂化膜的分离性能，就必须提高MOFs掺杂量以最大可能发挥MOFs的独特分子筛分特性。然而随着填料含量增加，两相相容性变差，杂化膜容易出现颗粒团聚、链段僵化、相界面缺陷结构等问题，所以制造具有高填充量的无缺陷的杂化膜充满挑战性，一般填充量不会超过30wt.％。为了改善界面缺陷，提高膜材料的分离性能，需对其进行改性处理，交联是最简单而又有效的改性方法。
[0004]CN105289337A公开了一种可交联聚酰亚胺气体分离膜及制备方法。具体提供了一种可交联聚酰亚胺气体分离膜的制备方法。首先合成聚酰亚胺聚合物，然后对聚酰亚胺聚合物功能化修饰，将其涂膜后在真空或惰性气氛下，120
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220℃化学交联24h。其中CO2/CH4选择性交联后最高达到46，比交联前提高了64％。但是，该方法采用真空或惰性气氛交联且交联24h，操作复杂且能耗较高，而选择性提升较少。
[0005]CN110433668A公开了一种UiO
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66
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NH2与PIM
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1原位交联基质膜及其制备方法。采用UiO
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66
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NH2为无机填料，PIM
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1为聚合物。MOF与PIM
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1原位交联复合基质膜的CO2通量提高了近一倍，而且CO2/CH4选择性由PIM
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1膜的12.3和UiO
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66
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NH2/PIM
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1共混膜的12.0提高到31.9。但是，该方法采用UIO
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66与聚合物单体共聚，随后后处理得到交联膜，该工作中MOFs的最高负载量为38％，该制备工艺复杂，尚未报道H2/CH4的分离性能。
[0006]Kertik,A.,et al.(Highly selective gas separation membrane using in
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situ amorphised metal
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organic frameworks.Energy Environ Sci,2017:p.10.1039.C7EE01872J.)介绍了一种新型的基于非晶态ZIF
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8的混合基质膜，它能以较高的选择性分离CO2/CH4混合物。该工作采用Matrimid作为聚合物相，ZIF
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8为无机填料制备混合基质膜，然后在空气气氛下进行热处理。二元混合气气体渗透结果显示，掺杂量40wt.％的ZIF
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8/Matrimid膜在250℃和350℃下交联24h后，在10bar和35℃测试条件下CO2渗透率分别为11.8
±
1.3、4.9
±
1.2Barrer，CO2/CH4选择性分别达到52.6
±
1.9、91.5
±
12。尽管该膜的CO2/CH4选择性有显著提升，膜的CO2渗透率很低，不能满足工业应用需求。
[0007]CN101959577A公开了一种高性能UV交联聚合物官能化分子筛/聚合物混合基质膜。采用多孔分子筛作为分散填料，聚合物作为连续聚合物基质，其在聚合物基质与分子筛的界面上没有大空穴或只具有小于几埃的空穴。对CO2/CH4和H2/CH4体系呈现出显著增强气体分离选择性和透过性。但是，其选择的聚合物本身渗透率较低、混合基质膜的选择性较纯膜提升较少。

技术实现思路

[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种MOFs负载量高且界面无缺陷，同时具有优异的气体分离性能的ZIF
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8/6FDA
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BI：DAM(1:1)杂化膜及其制备方法。
[0009]为实现上述任一目的，本专利技术首先提供了一种ZIF
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8/6FDA
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BI：DAM(1:1)(4,4'
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(六氟异亚丙基)二邻苯二甲酸酐
‑2‑
(4
‑
氨基苯基)
‑5‑
氨基苯并咪唑
‑
2,4,6
‑
三甲基
‑
1,3
‑
苯二胺)杂化膜，该ZIF
‑
8/6FDA
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BI：DAM(1:1)杂化膜以含咪唑结构的聚酰亚胺6FDA
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BI：DAM(1:1)为基质，以ZIF
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8为填料，其中，以该ZIF
‑
8/6FDA
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BI：DAM(1:1)杂化膜的总质量为100％计，填料ZIF
‑
8的质量分数为10wt％
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40wt％。其中，该ZIF
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8/6FDA
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BI：DAM(1:1)杂化膜的厚度为40μm
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70μm。
[0010]本专利技术还提供了上述ZIF
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8/6FDA
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BI：DAM(1:1)杂化膜的制备方法，其中，该制备方法包括以下步骤：
[0011]将6FDA
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BI：DAM(1:1)溶解于第一溶剂中，得到第一混合溶液；
[0012]将ZIF
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8分散于第二溶剂中，得到第二混合溶液；
[0013]将第一混合溶液与第二混合溶液混合，得到混合液；其中，第一溶液的加入量以6FDA
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BI：DAM(1:1)的质量计，第二溶液的加入量以ZIF
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8的质量计，ZIF
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8的质量分数为10％
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40％(优选10％、20％、30％或40％)；
[0014]将混合液均匀涂覆在基底上，烘干，从基底上分离出薄膜，将薄膜在无水甲醇中浸泡12h<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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8/6FDA
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BI：DAM(1:1)杂化膜，该ZIF
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8/6FDA
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BI：DAM(1:1)杂化膜以6FDA
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BI：DAM(1:1)为基质，以ZIF
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8为填料，其中，以该ZIF
‑
8/6FDA
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BI：DAM(1:1)杂化膜的总质量为100％计，所述填料ZIF
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8的质量分数为10wt％
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40wt％。2.根据权利要求1所述的ZIF
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8/6FDA
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BI：DAM(1:1)杂化膜，其中，该ZIF
‑
8/6FDA
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BI：DAM(1:1)杂化膜的厚度为40μm
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70μm。3.权利要求1或2所述的ZIF
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8/6FDA
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BI：DAM(1:1)杂化膜的制备方法，其中，该制备方法包括以下步骤：将6FDA
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BI：DAM(1:1)溶解于第一溶剂中，得到第一混合溶液；将ZIF
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8分散于第二溶剂中，得到第二混合溶液；将所述第一混合溶液与所述第二混合溶液混合，得到混合液；所述第一溶液的加入量以所述6FDA
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BI：DAM(1:1)的质量计，所述第二溶液的加入量以ZIF
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8的质量计，所述混合液中ZIF
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8的质量分数为10％
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40％；将所述混合液均匀涂覆在基底上，烘干，从基底上分离出薄膜，将薄膜在无水甲醇中浸泡12h
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24h，进行干燥，在200℃
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400℃下热交联10h
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24h，得到ZIF
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8/6FDA
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊燕芳，李南文，袁茜娅，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：