[发明专利]MOFs-交联聚乙二醇二丙烯酸酯混合基质膜及制备和应用

说明书

本发明公开了一种MOFs‑交联聚乙二醇二丙烯酸酯混合基质膜及制备和应用，选用聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)为基质膜材料，选择金属有机骨架材料(MOFs)为填料，在光引发剂的诱导下，利用紫外光交联固化制备出所述的MOFs‑交联聚乙二醇二丙烯酸酯混合基质膜(MOFs‑XLPEGDA)。此类混合基质膜对分离CO₂/N₂和CO₂/CH₄混合气体具有显著的分离性能(P_CO2>160Barrer，α_CO2/N2>70，α_CO2/CH4>40)。相比于纯的交联聚乙二醇二丙烯酸酯膜，本发明所制备的MOFs/交联聚乙二醇二丙烯酸酯混合基质膜具有更高的CO₂的气体渗透率以及分离选择性，可应用于烟道气和天然气的纯化。

技术领域

本发明属于气体分离膜的技术领域，具体涉及一种MOFs与聚乙二醇二丙烯酸酯交联的混合基质膜、制备及应用。

背景技术

随着化石燃料资源消耗的不断增加，CO₂在大气中的含量日益升高，造成的温室效应以及由此带来的环境问题也日趋严重，CO₂的分离与捕获受到各界人士的广泛关注。膜分离技术是适应当代新产业发展的一项高技术，被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前途的高技术之一。膜分离是利用天然或人工制备的、具有选择透过性能的薄膜，对双组分或多组分液体或气体进行分离、分级、提纯或富集。Paul提出气体透过均质膜的过程遵守“溶解-扩散”模型，即气体分子首先被吸附到膜表面并溶解，然后借助浓度梯度在膜中扩散，最后从膜的另一侧解吸出来。与传统分离方法如低温蒸馏法和深冷吸附法相比，它具有分离效率高、设备紧凑、占地面积小、能耗较低、操作简便、维修保养容易、投资较少等优点，因此显示出优良的应用前景。但是传统的聚合物膜很难同时满足高的气体渗透率和分离选择性，即很难突破Robeson曲线上限。虽然致密的无机膜可以同时得到高渗透通量和高选择性，但是无机材料较脆，易产生缺陷，且价格昂贵，因而限制了其广泛的工业应用。为了克服以上膜材料的局限性，将纳米多孔分子筛加入到聚合物中衍生出来的混合基质膜已被广泛关注。这样的膜既具有纳米多孔材料对分子尺寸形状的高选择性，同时也具有聚合物的可加工性及机械稳定性的优点。

聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)是聚乙二醇(PEG)的衍生物，由环氧乙烷和活性基团聚合而成，它可以在紫外光照射下，使用一定量的光引发剂制备成固态的薄膜。Freeman等已经制备出了一系列的包含PEGDA的交联的聚环氧乙烷膜，并且成功地应用到气体分离领域，可以高效分离CO₂/CH₄和CO₂/N₂混合体系。且在此基础上，添加无机纳米粒子在PEGDA中，制备出的混合基质膜可以显著地提高气体分离的效果。