[发明专利]一种一锅、原位法制备二元纳米材料共掺杂混合基质膜的方法

说明书

本发明提供一种一锅、原位法制备二元纳米材料共掺杂混合基质膜的方法，包括如下步骤：(1)将可聚合的油相介质、可聚合的表面活性剂和水混合，构建反胶束微乳液；然后投加纳米材料‑Ⅰ，搅拌分散后再投加纳米材料‑Ⅱ的前驱体，搅拌，得包含有纳米材料‑Ⅰ、纳米材料‑Ⅱ的反胶束微乳液；(2)加入引发剂，进行原位聚合反应，得共掺杂聚合物乳胶；(3)调节粘度后静置得制膜液；(4)将制膜液均匀涂覆在支撑膜上，经热处理即得。本发明所述的“一锅”、原位二元纳米材料共掺杂混合基质膜制备方法简便、经济、环境友好。本发明所提供的混合基质膜由于纳米材料‑Ⅰ、纳米材料‑Ⅱ的协同作用，气体分离性能、或渗透汽化性能显著提高。

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，具体涉及“一锅”、原位法制备二元纳米材料共掺杂混合基质膜及应用。

背景技术

混合基质膜是将无机纳米材料作为分散相掺杂到聚合物连续相中而制备的杂化膜，该膜结合了有机和无机材料各自的优异性能，且在传统聚合物膜的基础上通过调控无机纳米材料结构和性质来强化混合基质膜的性能。目前混合基质膜的制备方法主要有物理共混法和原位聚合法，常用的无机纳米材料有金属纳米粒子(包括金属单质、金属氧化物、金属卤化物、金属硫化物等纳米粒子)、低维碳纳米材料(石墨烯、碳纳米管)等。

中国申请专利CN201410301851.X公开了一种磺化聚醚醚酮-氨基酸修饰氧化石墨烯杂化膜，该杂化膜是由磺化聚醚醚酮与氨基酸修饰氧化石墨烯所构成。其制备过程包括：首先将石墨片氧化制备氧化石墨烯，然后将氧化石墨烯加入含有多巴胺的羟甲基氨基甲烷-HCl溶液中，经螯合反应得到多巴胺改性的氧化石墨烯；将多巴胺改性的氧化石墨烯加入半胱氨酸溶液中接枝反应得到氨基酸修饰氧化石墨烯；继而将氨基酸修饰氧化石墨烯与磺化聚醚醚酮溶液共混得到铸膜液，经制膜得到该杂化膜。该发明磺化聚醚醚酮/氨基酸修饰氧化石墨烯杂化膜用于CO₂/CH₄混合气体的分离，具有较高的选择性和渗透性。

中国申请专利CN201510726253.1公开了一种含三氟甲基聚酰亚胺/羧基多壁碳纳米管气体分离混合基质膜及其制备方法。该发明通过将含三氟甲基的聚酰亚胺加入羧基多壁碳纳米管而形成混合基质膜，利用二者中极性基团的相互作用使碳纳米管在混合基质膜中能够均匀地分散，同时使两相界面具有很好的粘合力，从而使混合基质膜的气体渗透性和选择性得到了提高。

中国申请专利CN201810589354.2公开了一种原位掺杂碳量子点的磺化聚醚醚酮混合基质膜及其制备方法和应用。以聚乙烯醇、聚醚醚酮为原料，加入到浓硫酸中，反应后，制得原位掺杂了碳量子点的磺化聚醚醚酮复合材料；将该复合材料溶解在去离子水中，配制成铸膜液，通过涂覆法在微孔滤膜表面制备功能层，形成原位掺杂碳量子点的磺化聚醚醚酮混合基质膜。所制备的功能膜可应用于CO₂/N₂气体分离，具有较高CO₂渗透性和分离因子。

中国申请专利CN201710326631.6公开了一种碳纳米球-聚酰亚胺二元气体分离混合基质膜及其制备方法，包括如下步骤：(1)在超声作用下，将碳纳米球均匀分散于N,N’-二甲基乙酰胺中，之后加入4,4’-二氨基二苯醚，待其完全溶解后缓慢加入3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐，全部加入后封口搅拌至体系黏度达到100～300mPa·s，得到铸膜液；(2)将铸膜液在玻璃板上刮膜，将负载有膜片的玻璃板热处理后冷却至室温，经脱膜处理后即得碳纳米球-聚酰亚胺二元气体分离混合基质膜。该发明得到具有优异分离性能稳定的碳纳米球-聚酰亚胺二元气体分离混合基质膜。

中国申请专利CN201710096026.4公开了一种基于掺杂纳米Cu₂O的可见光催化中空纤维超滤膜及制备方法。将聚砜或聚醚砜、致孔剂、表面活性剂、掺杂纳米Cu₂O和溶剂按照一定的顺序加入到溶解罐中，搅拌至完全溶解，静置脱泡，制成铸膜液；采用传统的干-湿法纺丝工艺制备可见光催化中空纤维超滤膜。该发明所制备超滤膜具有良好的抗污染性能和可见光催化性能。

发明内容