一种制造技术

本发明专利技术公开了一种

【技术实现步骤摘要】
一种MOF
‑
802分离膜、制备方法及其在H2纯化中的应用


[0001]本专利技术涉及一种
MOF
‑
802
分离膜
、
制备方法及其在
H2纯化中的应用，属于分离膜制备

。

技术介绍

[0002]膜的分离技术具有易于操作
、
占地面积小和环境友好等优点，因此在气体分离方面展现出了巨大应用潜力
。
传统的聚合物膜的分离性能往往存在渗透性
‑
选择性此消彼长的相互制约问题，即
trade
‑
off
效应
。
相比之下，具有有序孔隙结构和良好稳定性的多孔无机膜有可能打破这一制约关系
。
金属
‑
有机框架是一种新型的膜材料，它是由金属离子或金属团簇与有机配体通过配位形成的一类多孔材料，具有化学组成丰富
、
比表面积大
、
孔径可调变等特点，目前已被广泛应用于制备高性能分离膜
。
[0003]在过去二十年中，基于
MOF
分离膜的研究已取得重要突破，然而其主要集中于气体分离的沸石咪唑啉框
(ZIFs)
膜
。J
ü
rgen Caro
等人首次报道制备了用于高性能
H2分离的无缺陷
ZIF
‑8膜，这打开了
ZIF
膜应用于气体分离的大门
(/>非专利文献
1)。Sankar Nair
等人制备出了良好的互生
ZIF
‑8膜，该膜展现出优异的
H2/C3H8分离性能，分离因子高达
37022(
非专利文献
2)。Jiang
等人研究发现了一种应用于气体分离的超强玻璃形成能力的金属有机骨架材料，即
ZIF
‑
62
膜，其
H2/CH4的分离因子高达
50.7
，远远超过了
Robeso
上限
(
非专利文献
3)。
尽管在气体分离上的研究取得了一切突破，但由于
MOFs
材料的水稳定性较差，特别是在有水蒸气存在的
H2纯化和分离过程中，它们的应用仍相对有限
。
[0004]Zr
‑
MOFs
是一种新型的
MOFs
材料，其具有多变的拓扑结构和独特的性能，在实际应用中巨大的应用前景
。MOF
‑
802
是一种著名的
Zr
‑
MOFs
材料，由羧酸配体
H2PZDC(1H
‑
吡唑
‑3，5‑
二羧酸
)
和高价
Zr(IV)
离子团簇通过配位形成的
。
其中羧酸配体可以看做硬碱，而
Zr(IV)
离子可以看做硬酸
。
基于软硬
/
碱原理论，
MOF
‑
802
具有较高的连接数，从而结构更加稳定
。
因此，
MOF
‑
802
有巨大的应用前景，用于开发具有高稳定性的气体分离膜，以分离含有水蒸气的气体混合物
。
但是制造连续的
MOF
‑
802
膜仍面临巨大挑战，目前还没有关于
MOF
‑
802
膜用于气体分离的报道
。
这可归因于以下几方面因素，一方面，由于
MOF
‑
802
的高连通性，配体与金属团簇配位时会产生更高的立体阻碍，使
MOF
‑
802
与结晶膜相互交错，容易产生非选择性缺陷
(
如裂缝或间隙
)
；另一方面，以水为溶剂时
MOF
‑
802
的反应速度相当快，传统的原位溶剂热合成法很难获得连续的膜，因为
MOF
晶体会优先在反应液中生成
。
因此，探索新型的膜制备方法对于构建无缺陷的
MOF
‑
802
膜非常重要
。
[0005]非专利文献1：
Bux H
，
Liang F
，
Li Y
，
Cravillon J
，
Wiebcke M
，
Caro J.Zeolitic Imidazolate Framework Membrane with Molecular Sieving Properties by Microwave
‑
Assisted Solvothermal Synthesis.Journal of the American Chemical Society.2009
；
131(44):16000
‑
16001
；
[0006]非专利文献2：
Brown AJ
，
Brunelli NA
，
Eum K
，
et al.Interfacial microfluidic processing of metal
‑
organic framework hollow fiber membranes.Science.2014
；
345
(6192):72
‑
75
；
[0007]非专利文献3：
Wang Y
，
Jin H
，
Ma Q
，
et al.A MOF Glass Membrane for Gas Separation.Angewandte Chemie International Edition.2020
；
59(11):4365
‑
4369。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术的不足，本专利技术提供一种
MOF
‑
802
分离膜
、
制备方法及其在
H2纯化中的应用，通过晶种诱导界面配位生长策略，构建了连续和交互生长的
MOF
‑
802
膜
。
该方法可以避免反应液中
MOF
‑
802
的爆发成核和快速生长，从而在支撑体表面形成
MOF
‑
802
膜层
。
所制备的
MOF
‑
802
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
MOF
‑
802
分离膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制备
MOF
‑
802
晶种溶液；在支撑体表面沉积
MOF
‑
802
晶种层；诱导界面配位生长法在表面沉积有
MOF
‑
802
晶种层的支撑体表面生成
MOF
‑
802
膜层
。2.
根据权利要求1所述的
MOF
‑
802
分离膜的制备方法，其特征在于，所述的支撑体为多孔结构的
Al2O3、
聚偏二氟乙烯
、
聚丙烯腈
、
尼龙和聚四氟乙烯中的任一种；支撑体表面的
MOF
‑
802
晶种层负载量是在每
20
‑
50cm2面积上负载
0.05
‑
2mg。3.
根据权利要求1所述的
MOF
‑
802
分离膜的制备方法，其特征在于，界面配位生长法包括如下步骤：将金属源溶液
、
有机配体溶液分别置于多孔介质两侧，
50
‑
70℃
下保温3‑
6h
；离心收集金属源溶液侧沉淀后干燥作为
MOF
‑
802
晶种；然后将
MOF
‑
802
晶种分散至去离子水中后超声1‑
3h
，得到
MOF
‑
802
晶种溶液
。4.
根据权利要求1所述的
MOF
‑
802
分离膜的制备方法，其特征在于，通过过滤方法在支撑体基底表面沉积上
MOF
‑
802
晶种层，具体操作条件为：
0.5
‑
2bar
压力驱动，使
MOF
‑
802
晶种沉积在支撑体基底表面；然后在
40
‑
80℃
下将表面沉积有晶种层的支撑体干燥
。5.
根据权利要求1所述的
MOF
‑
802
分离膜的制备方法，其特征在于，在支撑体表面生成
MOF
‑
802
膜层的具体方法为：将金属源溶液
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘公平，余嘉丽，刘国振，张雅馨，金万勤，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：