一种ZIF-BN/PVA筛分膜的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种ZIF
‑
BN/PVA筛分膜的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于复合材料制备
，涉及应用于混合气体分离的一种筛分膜，具体涉及一种ZIF
‑
BN/PVA筛分膜的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]合成气的主要成分为氢气（H2）和二氧化碳（CO2），工业上一般采用变压或变温吸附来净化H2，但是此两种吸附方法操作过程繁琐、耗能，且难以净化得到高纯度的H2。
[0003]筛分膜具有易加工、易操作、高效率和低能耗等优点，是一种用于混合气体H2/CO2分离净化H2的理想材料。然而，现有筛分膜存在制备过程复杂、难操作，不符合绿色化学的理念，而且对混合气体H2/CO2的筛分能力较低，不能达到实际工业净化合成气的目的。
[0004]沸石咪唑酯多孔骨架结构材料(ZIF)是晶体材料，在其中，有机咪唑酯交联连接到过渡金属上，通过简单调整交联—交联相互作用形成一种四面体框架。ZIF具有高孔容、高疏水性、高热稳定性和化学稳定性等特点，其结构中的孔道可用于分离混合气体H2/CO2。然而，由于其球形结构，而难以成膜，限制了其在筛分膜材料中的应用。
[0005]羟基化氮化硼（BN
‑
OH）是一种非氧化物陶瓷二维材料，是与石墨相似的片状结构，BN
‑
OH表面丰富的胺基和羟基可与球形ZIF通过氢键作用键合，而BN
‑
OH片层上的大孔结构，可以作为球形ZIF的“着落点”，进而与ZIF结合，形成ZIF
‑
>BN新型材料。
[0006]聚乙烯醇（PVA）是一种生物可降解的高分子材料，目前，利用ZIF
‑
BN为主成分，PVA为粘结剂的筛分膜材料制备未见报道。

技术实现思路

[0007]为了解决筛分膜筛分能力低的缺陷，本专利技术的目的一在于提供一种ZIF
‑
BN/PVA筛分膜的制备方法，目的二在于提供ZIF
‑
BN/PVA筛分膜在对混合气体H2/CO2筛分方面的应用。本专利技术采用层层真空抽滤法制备ZIF
‑
BN/PVA筛分膜，避免了熔融共混法筛分膜材料内部结构的杂乱，能够提高筛分膜对混合气体H2/CO2的筛分能力。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用的具体方案如下：一种ZIF
‑
BN/PVA筛分膜的制备方法，包括以下步骤：步骤一、ZIF
‑
BN的制备：将OH
‑
BN分散在L甲醇—去离子水混合液中，得OH
‑
BN溶液；将Zn(NO3)2·
6H2O溶解在甲醇溶液中，得Zn(NO3)2·
6H2O溶液；将OH
‑
BN溶液浸入Zn(NO3)2·
6H2O溶液中，使金属离子Zn
2+
充分与OH
‑
BN片层接触，得混合溶液；将2
‑
甲基咪唑溶解在甲醇中，随后与所述混合溶液混合，使得Zn(NO3)2·
6H2O与Hmim的摩尔比为1：8，室温下搅拌，获得淡黄色溶液；将所述淡黄色溶液用甲醇过滤洗涤数次，收集滤饼获得初产物ZIF
‑
BN片层；把初产物ZIF
‑
BN再次分散在甲醇中，冰水浴中超声处理，使OH
‑
BN片层边缘和非孔结构区域生成的ZIF脱离OH
‑
BN，用离心机离心，干燥沉淀物获得终产物ZIF
‑
BN片层；步骤二、ZIF
‑
BN/PVA筛分膜的制备：
将步骤一所得终产物 ZIF
‑
BN分散在乙醇—去离子水混合液中，零度下超声处理，得分散均匀的ZIF
‑
BN溶液；在70
°
C下通过机械搅拌使PVA溶解在乙醇—去离子水混合液中，形成PVA溶液；采用真空辅助过滤操作方法以孔径为200 nm的尼龙膜为载体制膜：首先加入PVA溶液抽滤完全，再加入ZIF
‑
BN溶液抽滤完全，重复以上操作7—10次，最后再加入PVA溶液抽滤完全，将所得膜在40℃的真空烘箱中干燥24小时，获得ZIF
‑
BN/PVA筛分膜。
[0009]作为对上述方案的进一步优化，步骤二中，将20mg 步骤一所得终产物ZIF
‑
BN分散在60mL乙醇—去离子水混合液中，零度下超声2h，得分散均匀的ZIF
‑
BN溶液；在70
°
C下通过机械搅拌使20mg PVA溶解在20mL乙醇—去离子水混合液中，形成PVA溶液；所述乙醇—去离子水混合液中乙醇的浓度为55 vol%。
[0010]作为对上述方案的更进一步优化，步骤二中，制膜时，首先加入1.5mL PVA溶液抽滤完全，再加入6mL ZIF
‑
BN溶液抽滤完全，重复以上操作7—10次，最后再加入1.5mL PVA溶液抽滤完全。更进一步地，通过所述制膜，制备包含8层ZIF
‑
BN和9层PVA的ZIF
‑
BN/PVA筛分膜。
[0011]本专利技术还提供所述ZIF
‑
BN/PVA筛分膜在筛分混合气体H2/CO2方面的应用。
[0012]有益效果：1、本专利技术首先制备了ZIF
‑
BN材料， ZIF
‑
BN即保留了BN
‑
OH的片状结构，又具有了球形ZIF上适合分离H2/CO2的孔道，表现出比球形ZIF更加优异的兼容性。
[0013]2传统筛分膜制备方法存在工序复杂不易操作，不符合绿色环保要求的缺陷；本专利技术采用层层真空抽滤法制备ZIF
‑
BN/PVA筛分膜，方法简单易操作，以去离子水和乙醇为溶剂，避免了含毒性有机溶剂的环境污染问题。
[0014]3、本专利技术所制备的ZIF
‑
BN/PVA筛分膜材料结构紧凑、规整，避免了熔融共混法制备的筛分膜内部结构的杂乱现象。
[0015]4、聚乙烯醇链段上含有大量的羟基，可与多种材料键合，通过引入痕量PVA作为粘接剂，可增强ZIF
‑
BN的成膜性和机械强度，使制得的ZIF
‑
BN/PVA筛分膜可更好的筛分混合气体H2/CO2。本专利技术克服了筛分膜材料机械强度差的缺点，所制备的ZIF
‑
BN/PVA筛分膜材料表现出良好的H2/CO2的筛分能力和机械强度。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例1所制筛分膜的数码照片；图2是本专利技术实施例2所制筛分膜的数码照片；图3是本专利技术实施例3所制筛分膜的数码照片；图4是本专利技术实施例4所制筛分膜的数码照片；图5是本专利技术实施例2所制筛分膜FESEM图。
具体实施方式
[0017]1. ZIF
‑
BN的制备将128 mg OH
‑
BN分散在128本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种ZIF
‑
BN/PVA筛分膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、ZIF
‑
BN的制备：将OH
‑
BN分散在甲醇—去离子水混合液中，得OH
‑
BN溶液；将Zn(NO3)2·
6H2O溶解在甲醇溶液中，得Zn(NO3)2·
6H2O溶液；将OH
‑
BN溶液浸入Zn(NO3)2·
6H2O溶液中，使金属离子Zn
2+
充分与OH
‑
BN片层接触，得混合溶液；将2
‑
甲基咪唑（Hmim）溶解在甲醇中，随后与所述混合溶液混合，使得Zn(NO3)2·
6H2O与Hmim的摩尔比为1：8，室温下搅拌，获得淡黄色溶液；将所述淡黄色溶液用甲醇过滤洗涤数次，收集滤饼获得初产物ZIF
‑
BN片层；把初产物ZIF
‑
BN再次分散在甲醇中，冰水浴中超声处理，使OH
‑
BN片层边缘和非孔结构区域生成的ZIF脱离OH
‑
BN，用离心机离心，干燥沉淀物获得终产物ZIF
‑
BN片层；步骤二、ZIF
‑
BN/PVA筛分膜的制备：将步骤一所得终产物 ZIF
‑
BN分散在乙醇—去离子水混合液中，零度下超声处理，得分散均匀的ZIF
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：郭萌，李旭阳，曾宪彩，薛艳，刘建连，
申请(专利权)人：南阳理工学院，
类型：发明
国别省市：