[发明专利]一种基于SAPO-34混合基质膜的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种基于SAPO‑34的混合基质膜的制备方法及在液体混合物和气体混合物分离中的应用。该混合基质膜由SAPO‑34纳米片和聚合物组成。制备过程包括先制备SAPO‑34纳米片，再将SAPO‑34纳米片取向负载到载体表面，然后通过提拉、浸渍等方式与聚合物复合，形成混合基质膜。该混和基质膜膜层薄，膜平均厚度在40nm～100μm，连续，致密，分布均匀，无明显缺陷，具有良好的化学稳定性和热稳定性，在液体混合物、气体混合物尤其是CO₂/N₂，CO₂/CH₄的分离中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于膜技术分离领域，具体涉及一种基于SAPO-34混合基质膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着我国经济的高速发展，社会对能源的需求越来越大，节能过程日益受到广泛的关注。膜分离技术具有节能、高效、环保的显著优势，目前已经广泛应用于食品、生物、化工、医药等领域，成为分离过程中的重要技术之一。

聚合物膜由于加工性能良好，适宜大面积制备，是目前应用最为广泛的膜材料，但是膜渗透性和选择性相互制约的trade off效应始终是制约这类膜材料发展的瓶颈。以沸石分子筛膜为代表的无机膜具有规整孔道，主要依靠尺寸筛分和表面扩散机制实现分离，能超越trade off效应，分离性能超越Robeson上限，但是无机膜加工性能差，难以制备大面积无缺陷膜。而混合基质膜兼具有有机膜和无机膜两者的优势，巧妙的利用无机物的高选择性和有机物的良好加工性能和较低的成本，实现性能的互补和优化，因此混合基质膜被认为是下一代分离膜材料。

切夫里昂美国公司申请的专利(CN 1898009 B)公开了一种由磷铝沸石分子筛或磷铝硅沸石分子筛和聚合物形成的混合基质膜及其制备方法，且这类混合基质膜相对于不包含分子筛的聚合物净膜，选择性至少提高10％。专利(CN 101084052 A)公开了一种分子筛和聚合物形成的混合基质膜，与纯聚合物膜相比，该混合基质膜的CO₂渗透性提高了30％，选择性降低不超过10％。

目前制备混合基质膜的过程中大多现将分子筛与聚合物混合，然后通过刮涂法、提拉法、旋涂法等制备成膜，在混合过程中存在分子筛与聚合物的相容性问题。本发明采用堆积-填充法，即现将纳米片负载到载体上，然后聚合物填充得到混合基质膜，有效避免了无机相和有机相间的相容性差的问题，同时，纳米片取向负载在载体表面，制备的混合基质膜膜层薄，膜平均厚度在40nm～100μm，连续，致密，分布均匀，无明显缺陷，具有良好的化学稳定性和热稳定性，在液体混合物、气体混合物尤其是CO₂/N₂，CO₂/CH₄的分离中具有广阔的应用前景。

发明内容

基于以上背景技术，SAPO-34是一种骨架类型为CHA的磷铝硅沸石分子筛材料，其孔径大小为0.38*0.38nm，能够有效起到筛分作用，尤其对CO₂具有良好的吸附选择性。可以充分利用SAPO-34的规整孔道筛分性和吸附选择性以及聚合物的易加工成膜性，将SAPO-34与聚合物一起制备混合基质膜，有望在液体混合物、气体混合物尤其是CO₂的分离领域得到应用。

本发明的技术目的通过以下技术方案实现：

本发明一方面提供一种基于SAPO-34混合基质膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)SAPO-34纳米片的制备：将磷源、铝源、硅源、模板剂和水在-20～100℃下按一定顺序和比例均匀混合，后在一定温度下老化一定时间，得到SAPO-34纳米片合成液，将合成液转移至反应釜，在170～200℃下进行晶化反应，反应完成后离心洗涤，得到SAPO-34纳米片，将得到的SAPO-34纳米片分散在溶剂中，得到纳米片分散液；