一种碳量子点-ZIF-8填充的混合基质膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种碳量子点

【技术实现步骤摘要】
一种碳量子点
‑
ZIF
‑
8填充的混合基质膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种碳量子点
‑
ZIF
‑
8填充的混合基质膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，由于工业的快速发展和人口的快速增长而引起的全球变暖问题越来越引起人们的关注，二氧化碳的脱除显得尤为重要。天然气(主要是CH4)中二氧化碳的有效捕获是一个待解决的关键问题，为了脱除杂质气体(CO2)，开发一种简单有效的分离方法是非常重要的。目前分离方法有溶剂吸收法、变压吸附法、低温分离法和膜分离法。前三种传统分离方法技术成熟，分离性能优良，但也存在设备投资高、设备操作复杂、能耗大、污染程度高等缺点。相比之下，膜分离技术因其操作简单、能耗低和无污染排放等优点而受到广泛重视。因此，膜分离技术有望引领未来CO2分离技术的绿色环保之路。
[0003]根据分离CO2的膜材料的不同，CO2分离膜主要由高分子膜、无机膜和混合基质膜组成。高分子膜因其成本低、机械性能好和操作方便等优点在CO2分离中得到了广泛的应用。然而，聚合物膜的性能受到渗透率和选择性之间trade
‑
off效应的限制。由于其稳定的化学性质，无机膜的优点可以概括为耐酸、耐碱和耐高温。同时，可以调整无机膜的孔径，以便于气体分离，但是无机膜机械性能差、制造成本高，在一定程度上制约了无机膜在CO2分离中的应用。聚合物基质与填充剂组成的混合基质膜实现了聚合物与填充剂优势的双重协同，对突破“博弈”效应(又称trade
‑
off效应)极为有益。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种碳量子点
‑
ZIF
‑
8(CDs@ZIF
‑
8) 填充的混合基质膜及其制备方法和应用。该方法制备的Pebax/CDs@ZIF
‑
8混合基质膜用于分离CO2/CH4混合气。结果显示所制备的混合基质膜具有高渗透率和高分离因子。
[0005]本专利技术的第一个目的是提供一种碳量子点
‑
ZIF
‑
8填充的混合基质膜，所述混合基质膜由CDs@ZIF
‑
8与Pebax制备而成；
[0006]所述CDs@ZIF
‑
8的制备方法为：将ZIF
‑
8浸入葡萄糖混合溶液，使得葡萄糖从液相进入到ZIF
‑
8孔中，然后离心收集沉淀并清洗，最后在氮气或惰性气体氛围下煅烧，使得形成的CDs被限制在MOF孔中，获得CDs@ZIF
‑
8。
[0007]作为优选方案，所述CDs@ZIF
‑
8与Pebax的质量比为(0.001～0.0025)：(0.9975～0.999)；作为优选，所述CDs@ZIF
‑
8与Pebax的质量比为0.001：0.999或0.0015：0.9985或0.002： 0.998或0.0025：0.9975；优选所述CDs@ZIF
‑
8与Pebax的质量比为0.002：0.998。
[0008]作为优选方案，所述葡萄糖混合溶液是将葡萄糖加入到甲醇/水混合溶液中得到的，所述甲醇/水混合溶液中，甲醇和水的体积比为9:1；和/或
[0009]所述ZIF
‑
8浸入葡萄糖混合溶液的时间为0.5
‑
12h。
[0010]作为优选方案，所述在氮气或惰性气体氛围中煅烧具体为在248
‑
252℃煅烧 115min
‑
125min。
[0011]本专利技术的第二个目的是提供所述的混合基质膜的制备方法，是以Pebax为基质，以 CDs@ZIF
‑
8为填充剂掺入Pebax基质中制备得到的。
[0012]作为优选方案，所述以CDs@ZIF
‑
8为填充剂掺入Pebax基质中的具体方法为：将 CDs@ZIF
‑
8和Pebax基质溶液物理共混，使得CDs@ZIF
‑
8充分填充Pebax，得到铸膜液，将铸膜液流延并干燥以除去混合基质膜表面的残留溶剂，得到混合基质膜。
[0013]作为优选方案，所述Pebax基质溶液的制备方法为：将Pebax溶解在乙醇/水混合溶液中，得到Pebax基质溶液；和/或
[0014]所述物理共混时间≥4h。
[0015]作为优选方案，先在25
‑
30℃下干燥12
‑
48h，然后在真空干燥箱中40
‑
60℃真空干燥 24
‑
48h。
[0016]本专利技术的第三个目的是提供上述的混合基质膜在分离CO2/CH4混合气体中的应用。
[0017]本专利技术的第四个目的是提供一种分离CO2/CH4混合气体的方法，使用上述的混合基质膜进行CO2/CH4混合气体的分离。
[0018]本专利技术的混合基质膜能够用于分离CO2/CH4混合气。其CO2通量为333
‑
452barrer(1 barrer＝10
‑
10
cm3cm/cm2s cmHg)，CO2/CH4选择性为28
‑
34。
[0019]本专利技术的Pebax/CDs@ZIF
‑
8混合基质膜制备过程简单，反应可控，原料价廉易得，条件温和，可使填充剂与高分子基质优势互补。由于CDs含有丰富的含氧基团，可以在 ZIF
‑
8分子笼中构建亲水性CO2传递路径，促进分子快速通过CDs光滑且无摩擦的表面，强化CO2的溶解扩散。
附图说明
[0020]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0021]图1为实施例1的ZIF
‑
8和CDs@ZIF
‑
8的TEM图。
[0022]图2为实施例1的CDs@ZIF
‑
8的XPS图。
具体实施方式
[0023]以下的实施例便于更好地理解本专利技术，但并不限定本专利技术。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均购自常规生化试剂公司。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，结果取平均值。
[0024]在本专利技术中，使用的Pebax为1657。
[0025]本专利技术以Pebax为基质，以CDs@ZIF
‑
8为填充剂掺入Pebax基质中制备混合基质膜。其中CDs@ZIF
‑
8与Pebax的质量比为(0.001～0.0025)：(0.9975～0.999)。得到的混合基质膜的厚度为100～130μm。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳量子点
‑
ZIF
‑
8填充的混合基质膜，其特征在于：所述混合基质膜由CDs@ZIF
‑
8与Pebax制备而成；所述CDs@ZIF
‑
8的制备方法为：将ZIF
‑
8浸入葡萄糖混合溶液，使得葡萄糖从液相进入到ZIF
‑
8孔中，然后离心收集沉淀并清洗，最后在氮气或惰性气体氛围下煅烧，使得形成的CDs被限制在MOF孔中，获得CDs@ZIF
‑
8。2.根据权利要求1所述的混合基质膜，其特征在于：所述CDs@ZIF
‑
8与Pebax的质量比为(0.001～0.0025)：(0.9975～0.999)；作为优选，所述CDs@ZIF
‑
8与Pebax的质量比为0.001：0.999或0.0015：0.9985或0.002：0.998或0.0025：0.9975；优选所述CDs@ZIF
‑
8与Pebax的质量比为0.002：0.998。3.根据权利要求1或2所述的混合基质膜，其特征在于：所述葡萄糖混合溶液是将葡萄糖加入到甲醇/水混合溶液中得到的，所述甲醇/水混合溶液中，甲醇和水的体积比为9:1；和/或所述ZIF
‑
8浸入葡萄糖混合溶液的时间为0.5
‑
12h。4.根据权利要求1或2所述的混合基质膜，其特征在于：所述在氮气或惰性气体氛围中煅烧具体为在248<...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁朝，李雪琴，李珑，王江南，李康，陈永鑫，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：