[发明专利]一种掺杂共价有机骨架材料优先透醇复合膜及制备方法

说明书

一种掺杂共价有机骨架材料优先透醇复合膜及制备方法，属于膜分离技术领域。包括多孔基膜以及结合在所述多孔基膜表面的掺杂共价有机骨架材料的高分子聚合物选择性分离层。具体方法包括：将高分子聚合物、共价有机骨架材料及高分子聚合物的交联剂及催化剂溶解到溶剂中，配制成共价有机骨架材料/高分子聚合物的共混膜液；将预处理后的多孔基膜浸渍于共价有机骨架材料/高分子聚合物的共混膜液中，静置一段时间后取出并固定于匀速旋转的载膜台上；当基膜表面溶剂受热并挥发完全后再进行高温硫化，从而得到掺杂共价有机骨架材料的优先透醇复合膜。本发明所制备的复合膜具有很高的渗透汽化透醇性能，也为共价有机骨架材料开辟了新的应用领域。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种掺杂共价有机骨架材料优先透醇复合膜及制备方法。

背景技术

渗透汽化优选透醇膜技术是一种新型的膜分离过程，因其具有高效、节能、环保等优点有望取代传统高能耗的蒸馏过程，在生物醇的原位分离和提高发酵效率过程中发挥重要作用。

但不同于优先透水的渗透汽化膜技术，目前优先透醇的渗透汽化膜技术发展受限于缺少同时兼有高通量和高选择性的优先透醇膜材料。比如，传统的纯有机聚合物透醇膜，分离性能差，并受制于trade-off(通量和选择性成反比)现象，应用范围受到很大限制；而无机透醇膜的制备过程复杂，且存在二次孔(针孔、裂纹和晶间孔等缺陷)等问题。相比之下，将无机材料掺杂到高分子聚合物中并将其复合在基膜表面而制备的有机/无机杂化复合膜，它具有更好的分离性能和适宜的制备成本。但近年来发展的有机/无机杂化优先透醇复合膜存在的主要问题有(H.Vinh-Thang,and S.Kaliaguine,Chem.Rev.,2013,113,4980–5028.)：(1)由于这些填充粒子如碳黑、活性炭、硅氧化物、碳分子筛、沸石分子筛及金属有机骨架材料等存在无机成份，其与有机高分子聚合物间存在相容性差的问题，甚至会出现界面缺陷；(2)填充粒子在杂化分离层中团聚严重、分散性差所导致的粒子间隙缺陷，影响膜的性能；(3)已报到的这些有机/无机杂化优先透醇膜，仍然难以同时兼顾高通量和高选择性。由此可见，填充粒子本身的性质对获得高性能有机/无机杂化优先透醇膜至关重要。

共价有机骨架材料(Covalent Organic Frameworks，COFs)，是由纯有机组分通过共价作用构筑而成的一种新型晶态多孔材料。与其它无机材料如沸石分子筛及金属有机骨架材料相比，其热稳定性更高、比表面积更大，孔隙率更高，密度最轻、且与有机聚合物的相容性更好。此外，COFs材料的结构还具有很强可修饰性。因此，选择合适的COFs材料并将其掺杂到有机高分子聚合物中制备的先透醇复合膜，有望显著提高目前透醇膜的分离性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种掺杂共价有机骨架材料优先透醇复合膜的制备方法，使所制备的透醇膜的性能得到显著提升。具体技术方案如下：

本发明提供了一种掺杂共价有机骨架材料优先透醇复合膜，包括多孔基膜以及结合在所述多孔基膜表面的掺杂共价有机骨架材料的高分子聚合物选择性分离层；

所述的掺杂共价有机骨架材料优先透醇复合膜中，共价有机骨架材料掺杂在高分子聚合物与交联剂和催化剂作用下进行交联反应生成的高分子聚合物选择性分离层中；

具体地，所述的共价有机骨架材料对小分子醇类具有选择吸附性。

具体地，所述的共价有机骨架材料在所述高分子聚合物选择性分离层中的掺杂量为所述高分子聚合物质量的0.25％～10％；所述的共价有机骨架材料的粒径范围为0.1μm～5μm；所述的高分子聚合物选择性分离层厚度为0.1μm～10μm。

作为优先，所述共价有机骨架材料选自含硼类共价有机骨架材料、三嗪类共价有机骨架材料、亚胺类共价有机骨架材料中的至少一种。