一种柔性沸石分子筛复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种柔性的沸石分子筛复合膜的制备方法。其合成过程包括如下步骤：(1)将沸石分子筛纳米片分散在溶剂中得到沸石分子筛纳米片分散液；(2)将氧化石墨烯粉末分散到溶剂中得到氧化石墨烯纳米片分散溶液；(3)将沸石分子筛和氧化石墨烯纳米片分散液按一定的比例混合分散后得到复合纳米片分散溶液；(4)将复合纳米片分散液在有机载体上进行沉积、干燥后得到柔性沸石分子筛复合膜。此沸石分子筛复合分离膜具有柔性，载体层与膜层结合力强，分离选择性高。与常规的无机载体支撑的沸石分子筛膜相比，本沸石分子筛复合膜的制备过程简单，生产成本大幅降低，易于进行工业放大。大。大。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性沸石分子筛复合膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于膜分离
，具体涉及一种柔性沸石分子筛复合分离膜的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]沸石分子筛膜由于具有均匀的分子级别孔道尺寸、优异的热稳定性和化学稳定性，被广泛研究用于多种气体、液体等混合体系的高效分离。尽管沸石分子筛膜在天然气脱碳、有机溶剂脱水等领域已经展现了良好工业应用前景，然而其大规模的推广应用还面临着一定挑战。一方面，由于沸石分子筛膜具有很强的脆性，因此通常将其制备具有较大强度的多孔氧化铝载体上以提高膜的机械强度。但由于氧化铝载体的价格非常昂贵，这使得沸石分子筛膜的使用成本居高不下，大大高于当前的有机膜材料。其次，沸石分子筛的合成过程较长，一般需要在高温水热条件下合成数十个小时，这使得沸石分子筛膜的生产效率相对较低。最后，与卷式或中空纤维状的有机膜相比，常见的多孔氧化铝管支撑的沸石分子筛膜的填装密度相对偏低，导致沸石分子筛膜的膜组件的加工成本巨大。尽管采用中空纤维状多孔氧化铝管支撑的沸石分子筛膜的填装密度可得到相当程度的提升，但由于载体的机械强度较弱，不利于实际的工业应用。上述问题极大的限制了沸石分子筛膜的实际工业应用。
[0003]与常用的多孔氧化铝载体相比，多孔有机载体的成本要低得多，且易于制备成卷式和中空纤维状以大幅提高膜的填装密度，因此有机载体支撑的分离膜在实际的应用推广方面具有巨大的成本优势。但由于柔性有机载体与脆性的沸石分子筛膜层的机械性质并不兼容，这使得在有机载体上合成的沸石分子筛膜极易开裂，要得到高质量沸石膜具有非常大挑战性。改善膜层的机械性能，并使之与有机载体的机械性能相对兼容，是提高有机载体支撑的沸石分子筛膜性能的重要途径。
[0004]石墨烯是碳原子以SP2杂化方式连接而成的一种单原子层厚度的二维碳材料。其衍生物氧化石墨烯(GO)具有优异的柔性和分散性，被广泛研究用于构筑二维分离膜。本专利技术在二维沸石分子筛纳米片溶液中加入少量的柔性二维氧化石墨烯纳米片后得到一种复合纳米片溶液，然后将其沉积在有机载体上直接得到一种二维沸石分子筛复合膜。膜层内加入少量的氧化石墨烯纳米片大幅提高了膜层的柔韧性和与载体的结合力，还大幅减少了二维沸石分子筛纳米片之间的层间缺陷，极大的提高了膜的分离选择性。同时，由于这种沸石分子筛复合膜具有优异的柔韧性，因此很容易制备成卷式或中空纤维状，大幅降低了膜的生产成本。上述沸石分子筛复合膜制备过程简单，分离性能优异，对不同有机载体的适应性强，易于进行工业放大应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供了一种有机载体支撑的柔性沸石分子筛复合膜的制备方法。本方法的特点在于使用少量柔性氧化石墨烯纳米片来改善沸石分子筛纳米片层的机械性
能，从而使沸石分子筛复合膜层与载体层的机械性质兼容，最终可得到有机载体支撑的高性能沸石分子筛复合膜。
[0006]为实现上为实现上述目的，采用技术方案如下：
[0007]一种柔性沸石分子筛复合膜的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)将已去除模板剂的沸石分子筛纳米片分散于适量溶剂中，得到适量浓度的沸石分子筛纳米片分散液；
[0009](2)将氧化石墨烯粉末分散于适量溶剂中，得到适量浓度的氧化石墨烯纳米片分散液；
[0010](3)将步骤(1)中配方量的沸石分子筛纳米片分散液和步骤(2)中配方量的氧化石墨烯纳米片分散液混合并分散均匀，得到沸石分子筛/氧化石墨烯复合纳米片分散液；
[0011](4)将步骤(3)中适量的沸石分子筛/氧化石墨烯复合纳米片分散液沉积到有机载体上，干燥后得到柔性的沸石分子筛/氧化石墨烯纳米片复合膜。
[0012]步骤(1)中，沸石分子筛纳米片分散溶液的浓度为0.01
‑
500mg/mL。
[0013]步骤(1)中，所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈、乙醚、丙酮、乙酸乙酯、三氯甲烷、二氯甲烷、环己烷、N,N
‑
二甲基甲酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、苯、甲苯、二甲苯中得一种或活干种的组合。
[0014]步骤(1)中，所述的沸石分子筛纳米片为MFI、MWW、CHA型中的一种。
[0015]步骤(2)中，所述的氧化石墨烯纳米片分散液的浓度为0.01
‑
500mg/mL。
[0016]步骤(2)中，所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈、乙醚、丙酮、乙酸乙酯、三氯甲烷、二氯甲烷、环己烷、N,N
‑
二甲基甲酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、苯、甲苯、二甲苯中得一种或若干种的组合。
[0017]步骤(3)中，所述的配方量沸石分子筛和氧化石墨烯纳米片的质量比为100
‑
1。得到的沸石分子筛/氧化石墨烯复合纳米片分散液的浓度为0.01
‑
500mg/mL。
[0018]步骤(4)中，所述的有机载体为尼龙、聚醚砜、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、纤维素中的一种。
[0019]步骤(4)中，所述的有机载体形状可为平板、卷式、中空纤维状。
[0020]步骤(4)中，所述的膜的沉积方式可为滴涂、旋涂、真空抽滤中的一种。
[0021]步骤(4)中，所述的柔性沸石分子筛/氧化石墨烯纳米片复合膜在弯曲0～60
°
后分离选择性不发生明显的变化。
[0022]本专利技术提供了一种柔性沸石分子筛/氧化石墨烯纳米片复合膜的制备方法。该方法制备的沸石分子筛/氧化石墨烯纳米片复合膜与有机载体结合力强，膜层具有柔性可弯曲，生产成本低、膜性能重复性好，易于进行工业放大。
附图说明
[0023]图1为实施例1制备的柔性MWW/GO复合分离膜弯曲后的表面SEM图片。
[0024]图2为实施例2制备的柔性MWW/GO复合分离膜的表面SEM图片。
[0025]图3为对比实施例制备的MWW纳米片膜弯曲后的表面SEM图片。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步地具体详细描述，但专利技术的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
[0027]实施例1
[0028]一种柔性MWW/GO复合分离膜的制备方法及用于H2/CO2分离，步骤如下：
[0029]取0.06g MWW沸石分子筛纳米片溶于20mL水中，搅拌12h后使纳米片完全分散在水溶液中。称取0.002g氧化石墨烯和20mL水混合，超声30min将溶液均匀分散。将上述MWW沸石分子筛纳米片溶液和氧化石墨烯溶液按体积比1：1混合，超声1h得到MWW/GO纳米片分散液。称取1ml的MWW/GO纳米片分散液滴涂在尼龙载体上，待其在载体表面分散均匀后，进行真空抽滤30min，制得柔性的MWW/GO复合分离膜。该膜在0
‑
60
°
来回弯曲后无明显缺陷产生，如图1所示。当膜两侧压差为0.1MP本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性沸石分子筛复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将已去除模板剂的沸石分子筛纳米片分散于溶剂中，得到沸石分子筛纳米片分散液；(2)将氧化石墨烯粉末分散于溶剂中，得到氧化石墨烯纳米片分散液；(3)将步骤(1)中配方量的沸石分子筛纳米片分散液和步骤(2)中配方量的氧化石墨烯纳米片分散液混合并分散均匀，得到沸石分子筛/氧化石墨烯复合纳米片分散液；(4)将步骤(3)中适量的沸石分子筛/氧化石墨烯复合纳米片分散液沉积到有机载体上，干燥后得到柔性的沸石分子筛/氧化石墨烯纳米片复合膜。2.根据权利要求1所述柔性沸石分子筛复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，沸石分子筛纳米片分散溶液的浓度为0.01
‑
500mg/mL。3.根据权利要求1所述柔性沸石分子筛复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈、乙醚、丙酮、乙酸乙酯、三氯甲烷、二氯甲烷、环己烷、N,N
‑
二甲基甲酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、苯、甲苯、二甲苯中得一种以上。4.根据权利要求1所述柔性沸石分子筛复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述沸石分子筛纳米片为MFI、MWW、CHA型中的一种。5.根据权利要求1所述柔性沸石分子筛复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，樊栓狮，郎雪梅，王燕鸿，钟鎏盈，陈伟波，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：