【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种g-c3n4基二维复合膜的制备方法，主要用于空气净化尤其是co2的高效捕获，属于二维复合膜领域和气体分离。
技术介绍
1、全球能量供应主要依赖于化石燃料的燃烧，进而导致空气中co2浓度的快速增加，由此引发的“温室效应”造成全球气温变暖、海平面升高等一系列严重问题。co2的捕获与封存（ccus）可有效降低大气中co2浓度，成为抑制温室效应的主要手段。此外，应积极进行co2捕获。因此，将co2进行捕获与封存对改善环境具有重要意义。
2、目前，碳捕获可分为传统的低温蒸馏法、吸附法和吸收法，它们因各自的缺陷从而制约了其大规模发展。膜分离作为一种绿色节能的新技术，具有能耗低、占地面积小和环境友好等优势成为当前最具有前景的co2分离技术之一。气体分离膜可主要分为无机膜、聚合物膜和复合膜。其中，无机膜渗透性高、稳定性强，但成膜性差及制备成本高等因素限制了其大规模发展；聚合物膜制备成本低，但渗透性与选择性易受trade-off效应限制。相反，复合膜能够同时结合无机膜与聚合物膜的优点，使其能够成为当前的研究热点。
3、膜材料对膜的分离性能具有重要影响。传统的膜材料如聚合物材料其分离性能受限于渗透性和选择性之间的相互制约。因此，寻找一种具有高渗透性、高选择性的膜材料成为了气体分离膜制备的关键。目前，广泛使用的二维片层材料如g-c3n4纳米片，具有超薄厚度、高横纵比和可调的层间距离等优势成为气体分离膜的理想材料。其主要通过热氧化剥离法来制备单层g-c3n4纳米片，表面含有丰富的胺基以及自身微孔可作为小气体分子
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种g-c3n4基二维复合膜的制备方法，以期用于气体分离中，特别是用于实现co2/n2和co2/ch4的高效分离。
2、一、g-c3n4基二维复合膜的制备
3、本专利技术g-c3n4基二维复合膜的制备方法，包括以下工艺步骤：
4、（1）将双氰胺粉末通过热氧化剥离出单层氮化碳（g-c3n4）纳米片，再将g-c3n4分散在水-异丙醇混合溶剂中，通过搅拌、超声、离心，得到g-c3n4悬浮液。
5、所述双氰胺粉末的热氧化，是将双氰胺粉末于马弗炉中，在500~550 ℃（升温速率为2~3 ℃/min）下煅烧2~3 h。
6、所述水-异丙醇混合溶剂中，水与异丙醇的体积比为1:1~1:1.5；g-c3n4在水-异丙醇混合溶剂中的浓度为0.3~ 0.5 mg/ml。
7、所述搅拌时间为10~12 h，超声时间为40~50 min；离心速率为3000~3500 r/min；离心时间为40~50 min。
8、（2）zif-67纳米颗粒（zif-67nb）的制备：将co(no3)2·6h2o和二甲基咪唑分别溶于甲醇中，然后将六水硝酸钴（co(no3)2·6h2o）加入二甲基咪唑溶液中静置20~24 h，即得zif-67纳米颗粒（zif-67nb）。
9、co(no3)2·6h2o与二甲基咪唑的摩尔比为1:2~1:4。co(no3)2·6h2o和二甲基咪唑浓度的总浓度为分别为0.20~0.25 mmol/ml。
10、（3）超薄zif-67纳米片（zif-67ns）的制备：将co(no3)2·6h2o和二甲基咪唑分别溶于二甲基甲酰胺（dmf）和去离子水的混合溶液中，然后将co(no3)2·6h2o加入二甲基咪唑溶液中室温下搅拌反应20~24 h。
11、co(no3)2·6h2o与二甲基咪唑的摩尔比为1:2~1:4。
12、二甲基甲酰胺（dmf）和去离子水的混合溶液中，dmf和去离子水的体积比为1:1.2~1:1.5；co(no3)2·6h2o与二甲基咪唑的总摩尔浓度为0.5~0.7 mmol/ml。
13、（4）将g-c3n4悬浮液分别与步骤（2）、（3）所得zif-67纳米颗粒（zif-67nb）溶液、超薄zif-67纳米片（zif-67ns）溶液共混，然后经搅拌，超声，得到zif-67@g-c3n4填料。
14、所述g-c3n4悬浮液与zif-67溶液的体积比为3:1~3:2。所述搅拌时间为6~8 h，超声时间为4~5 min。
15、（5）将聚醚嵌段共聚物（pebax-1657）溶解于乙醇-水混合溶剂中，然后与zif-67@g-c3n4填料共混，最后经真空干燥，即得g-c3n4基二维复合膜。
16、所述乙醇-水混合溶剂中，乙醇与水的体积比为3:1~2:1。
17、所述聚醚嵌段共聚物（pebax-1657）溶液与zif-67@g-c3n4填料溶液的体积比为1:1.3~1:1.5。
18、所述真空干燥是在真空干燥箱中，于40~45℃下干燥10~12 h。
19、图1为g-c3n4纳米片、zif-67纳米颗粒、zif-67纳米片的扫描电子显微镜（sem）和透射电子显微镜（tem）图像。如图1a，d所示，g-c3n4单层纳米片的成功剥离。如图1b，e所示，zif-67纳米颗粒呈现出正十二面体结构且排列紧密。如图1c，f所示，zif-67纳米片的成功制备，呈现出圆饼状。
20、图2为纯pebax膜、g-c3n4/pebax膜、zif-67 nb/pebax膜、zif-67 ns/pebax膜、zif-67 nb@g-c3n4/pebax膜和zif-67 ns@g-c3n4/pebax膜的表面扫描电子显微镜（sem）图像。如图2e，f所示，相比于其它膜，zif-67 nb@g-c3n4/pebax和zif-67 ns@g-c3n4/pebax膜表面更加致密、光滑，有利于增强气体分离性能。
21、二、g-c3n4基二维复合膜的气体分离性能
22、采用恒容变压法对混合气体进行渗透系数和选择系数测试，测试膜对co2/n2和co2/ch4分离性能。图3为气体渗透测量装置。在整个测试过程中，以氦气作为保护气从下腔进入。此外，由于真空泵的作用下腔的压力比上腔的压力低得多。因此，气体分子主要利用压差作为通过膜的驱动力。纯气体渗透测试的测试压力为1bar，温度设置范围为25~55℃。
23、1、不同单一填料基膜的气体分离性能测试
24、制备出不同单一填料基膜如纯g-c3n4膜、纯pebax膜、g-c3n4/pebax膜、zif-67 nb/pebax和zif-67 ns/pebax膜。在25℃、1bar的条件下，测试膜对co2/n2、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种g-C3N4基二维复合膜的制备方法，包括以下工艺步骤：
2.如权利要求1所述一种g-C3N4基二维复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述双氰胺粉末的热氧化，是将双氰胺粉末于马弗炉中，在500~550 ℃（升温速率为2~3 ℃/min）下煅烧2~3 h。
3.如权利要求1所述一种g-C3N4基二维复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述水-异丙醇混合溶剂中，水与异丙醇的体积比为1:1~1:1.5；g-C3N4在水-异丙醇混合溶剂中的浓度为0.3~ 0.5 mg/ml。
4.如权利要求1所述一种g-C3N4基二维复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述搅拌时间为10~12 h，超声时间为40~50 min；离心速率为3000~3500 r/min；离心时间为40~50 min。
5.如权利要求1所述一种g-C3N4基二维复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述ZIF-67纳米颗粒的制备：将Co(NO3)2·6H2O和二甲基咪唑分别溶于甲醇中，然后将六水硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）加入二甲
6.如权利要求1所述一种g-C3N4基二维复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述ZIF-67纳米片的制备：将Co(NO3)2·6H2O和二甲基咪唑分别溶于二甲基甲酰胺（DMF）和去离子水的混合溶液中，然后将Co(NO3)2·6H2O加入二甲基咪唑溶液中室温下搅拌反应20~24h；Co(NO3)2·6H2O与二甲基咪唑的摩尔比为1:2~1:4；二甲基甲酰胺（DMF）和去离子水的混合溶液中，DMF和去离子水的体积比为1:1.2~1:1.5；Co(NO3)2·6H2O与二甲基咪唑的总摩尔浓度为0.5~0.7 mmol/ml。
7.如权利要求1所述一种g-C3N4基二维复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，步骤（2）中，所述g-C3N4悬浮液与ZIF-67溶液的体积比为3:1~3:2；所述搅拌时间为6~8 h，超声时间为4~5 min。
8.如权利要求1所述一种g-C3N4基二维复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述乙醇-水混合溶剂中，乙醇与水的体积比为3:1~2:1，所述聚醚嵌段共聚物Pebax-1657溶液与ZIF-67@g-C3N4填料溶液的体积比为1:1.3~1:1.5。
9.如权利要求1所述一种g-C3N4基二维复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述真空干燥是在真空干燥箱中，于40~45℃下干燥10~12 h。
10.如权利要求1所述方法制备的g-C3N4基二维复合膜在分离CO2/N2、CO2/CH4中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种g-c3n4基二维复合膜的制备方法，包括以下工艺步骤：
2.如权利要求1所述一种g-c3n4基二维复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述双氰胺粉末的热氧化，是将双氰胺粉末于马弗炉中，在500~550 ℃（升温速率为2~3 ℃/min）下煅烧2~3 h。
3.如权利要求1所述一种g-c3n4基二维复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述水-异丙醇混合溶剂中，水与异丙醇的体积比为1:1~1:1.5；g-c3n4在水-异丙醇混合溶剂中的浓度为0.3~ 0.5 mg/ml。
4.如权利要求1所述一种g-c3n4基二维复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述搅拌时间为10~12 h，超声时间为40~50 min；离心速率为3000~3500 r/min；离心时间为40~50 min。
5.如权利要求1所述一种g-c3n4基二维复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述zif-67纳米颗粒的制备：将co(no3)2·6h2o和二甲基咪唑分别溶于甲醇中，然后将六水硝酸钴（co(no3)2·6h2o）加入二甲基咪唑溶液中静置20~24 h，即得zif-67纳米颗粒（zif-67nb）；co(no3)2·6h2o与二甲基咪唑的摩尔比为1:2~1:4；co(no3)2·6h2o和二甲基咪唑浓度的总浓度为分别为0.20~0.25 mmol/ml。
6.如权利要求1所述一种g-c3n4...
【专利技术属性】
技术研发人员：李健，代阳阳，方甜，李淑敏，仲苏月，王媛媛，苏文俊，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：
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