一种混合基质膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及CO2气体分离技术领域，尤其涉及一种混合基质膜及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的混合基质膜，包括高分子聚合物和分散在所述高分子聚合物中的镧系氟化物多孔纳米片。本发明专利技术所述混合基质膜中的镧系氟化物多孔纳米片为具有多孔结构的二维多孔纳米片，其多孔结构可以为气体传输提供更多的传输路径，同时，镧系氟化物多孔纳米片中的镧系元素与二氧化碳气体具有亲核作用，使得所述混合基质膜具有较高的选择性和渗透性。有较高的选择性和渗透性。有较高的选择性和渗透性。

【技术实现步骤摘要】
一种混合基质膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及CO2气体分离
，尤其涉及一种混合基质膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，人类对能源的需求越来越大，但新型能源仍处在起步阶段，因此石油、天然气和煤炭等化石能源仍然是人类生活的主要能源来源。石油、天然气和煤炭等化石能源燃烧会产生大量高浓度的CO2气体，CO2的过度排放导致全球变暖，气温升高，海水酸化等一系列生态环境问题。当前石油和天然气是CO2排放的主要来源，如何从天然气、沼气或酸性气中分离CO2已引起了广泛的关注。
[0003]膜分离技术相较于其他传统的气体分离技术如变压吸附、冷冻蒸馏等具有设备工艺简单、分离效率高和能耗低等优点。目前聚合物膜是气体分离膜领域的主要材料，但聚合物遵循的是溶解扩散基质，膜的选择性和渗透性之间为相互制约的关系。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种混合基质膜及其制备方法和应用，所述混合基质膜同时具有较高的选择性和渗透性。
[0005]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：
[0006]本专利技术提供了一种混合基质膜，包括高分子聚合物和分散在所述高分子聚合物中的镧系氟化物多孔纳米片。
[0007]优选的，所述镧系氟化物多孔纳米片包括氟化镧多孔纳米片、氟化铈多孔纳米片、氟化镨多孔纳米片、氟化钕多孔纳米片、氟化铈镨复合多孔纳米片和氟化镧钕复合多孔纳米片中的一种或几种。
[0008]优选的，所述镧系氟化物多孔纳米片的平均孔径为0.1～30.4nm，平均横向尺寸为50～500nm。
[0009]优选的，所述高分子聚合物包括聚醚嵌段聚酰胺、聚氧化乙烯、聚醚砜、聚酰亚胺和聚砜中的一种或几种。
[0010]优选的，所述镧系氟化物多孔纳米片和高分子聚合物的质量比为(0.002～0.6)：1。
[0011]优选的，所述混合基质膜的厚度为70～230μm。
[0012]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：
[0013]将镧系金属盐水溶液和氟化盐水溶液第一混合，进行沉淀反应，得到镧系氟化物多孔纳米片；
[0014]将所述镧系氟化物多孔纳米片、高分子聚合物和溶剂第二混合，得到铸膜液；
[0015]将所述铸膜液进行铸膜，得到所述混合基质膜。
[0016]优选的，所述第一混合包括将所述氟化盐水溶液滴加至所述镧系金属盐水溶液
中；
[0017]所述滴加的速度为每3秒1～10滴；
[0018]所述氟化盐水溶液的浓度为5～200mg/mL，所述镧系金属盐水溶液的浓度为2～100mg/mL。
[0019]优选的，所述高分子聚合物在所述铸膜液中的质量百分数为5％～25％；
[0020]所述溶剂包括无水乙醇、水、N,N
‑
二甲基乙酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜和和N,N
‑
二甲基甲酰胺中的一种或几种。
[0021]本专利技术还提供了上述技术方案所述的混合基质膜或上述技术方案所述的制备方法制备得到的混合基质膜在CO2气体分离领域中的应用。
[0022]本专利技术提供了一种混合基质膜，包括高分子聚合物和分散在所述高分子聚合物中的镧系氟化物多孔纳米片。本专利技术所述混合基质膜中的镧系氟化物多孔纳米片为具有多孔结构的二维多孔纳米片，其多孔结构可以为气体传输提供更多的传输路径，同时，镧系氟化物多孔纳米片中的镧系元素与二氧化碳气体具有亲和作用，使得所述混合基质膜具有较高的选择性和渗透性。
附图说明
[0023]图1为F
‑
La多孔纳米片(a)、F
‑
Ce多孔纳米片(b)、F
‑
Pr多孔纳米片(c)、F
‑
Nd多孔纳米片(d)、F
‑
Ce
0.3
Pr
0.7
多孔纳米片(e)和F
‑
La
0.4
Nd
0.6
多孔纳米片(f)的TEM图；
[0024]图2为F
‑
La多孔纳米片(a)、F
‑
Ce多孔纳米片(b)、F
‑
Pr多孔纳米片(c)、F
‑
Nd多孔纳米片(d)、F
‑
Ce
0.3
Pr
0.7
多孔纳米片(e)和F
‑
La
0.4
Nd
0.6
多孔纳米片(f)的横向尺寸；
[0025]图3为F
‑
La多孔纳米片(a)、F
‑
Ce多孔纳米片(b)、F
‑
Pr多孔纳米片(c)、F
‑
Nd多孔纳米片(d)、F
‑
Ce
0.3
Pr
0.7
多孔纳米片(e)和F
‑
La
0.4
Nd
0.6
多孔纳米片(f)的孔径结构和孔径分布；
[0026]图4为实施例7(a)、9(b)、11(c)、13(d)、15(e)和16(f)的混合基质膜的SEM图。
具体实施方式
[0027]本专利技术提供了一种混合基质膜，包括高分子聚合物和分散在所述高分子聚合物中的镧系氟化物多孔纳米片。
[0028]在本专利技术中，所述镧系氟化物多孔纳米片包括氟化镧多孔纳米片、氟化铈多孔纳米片、氟化镨多孔纳米片、氟化钕多孔纳米片、氟化铈镨复合多孔纳米片和氟化镧钕复合多孔纳米片中的一种或几种；当所述镧系氟化物多孔纳米片为上述具体选择中的两种以上时，本专利技术对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。
[0029]在本专利技术中，所述镧系氟化物多孔纳米片的平均孔径优选为0.1～30.4nm，更优选为5～30nm，最优选为10～20nm；平均横向尺寸优选为50～500nm，更优选为100～400nm，最优选为200～300nm。
[0030]在本专利技术中，所述高分子聚合物优选包括聚醚嵌段聚酰胺(PEBAX1657)、聚氧化乙烯(PEO)、聚醚砜、聚酰亚胺和聚砜中的一种或几种，当所述高分子聚合物为上述具体选择中的两种以上时，本专利技术对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。
[0031]在本专利技术中，所述镧系氟化物多孔纳米片和高分子聚合物的质量比优选为(0.002
～0.6)：1，更优选为(0.1～0.5)：1，最优选为(0.2～0.4)：1。
[0032]在本专利技术中，所述混合基质膜的厚度优选为70～230μm，更优选为90～200μm，最优选为130～160μm。
[0033]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：
[0034]将镧系金属盐水溶液和氟化盐水溶液第一混合，进行沉淀反应，得到镧系氟化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合基质膜，其特征在于，包括高分子聚合物和分散在所述高分子聚合物中的镧系氟化物多孔纳米片。2.如权利要求1所述的混合基质膜，其特征在于，所述镧系氟化物多孔纳米片包括氟化镧多孔纳米片、氟化铈多孔纳米片、氟化镨多孔纳米片、氟化钕多孔纳米片、氟化铈镨复合多孔纳米片和氟化镧钕复合多孔纳米片中的一种或几种。3.如权利要求2所述的混合基质膜，其特征在于，所述镧系氟化物多孔纳米片的平均孔径为0.1～30.4nm，平均横向尺寸为50～500nm。4.如权利要求1所述的混合基质膜，其特征在于，所述高分子聚合物包括聚醚嵌段聚酰胺、聚氧化乙烯、聚醚砜、聚酰亚胺和聚砜中的一种或几种。5.如权利要求1～4任一项所述的混合基质膜，其特征在于，所述镧系氟化物多孔纳米片和高分子聚合物的质量比为(0.002～0.6)：1。6.如权利要求5所述的混合基质膜，其特征在于，所述混合基质膜的厚度为70～230μm。7.权利要求1～6任一项所述的混合基质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，赵美雪，张一琛，李曼晴，
申请(专利权)人：天津鼎芯膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：