[发明专利]一种基于二维层状材料的混合基质膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种用于分离CO₂的基于二维层状材料的混合基质膜，其特征在于：由聚合物基体、二维层状添加剂材料、溶剂制备而成；混合基质膜选用的聚合物基体为聚乙烯胺、聚醚嵌段聚酰胺、聚乙烯醇中的任一种，二维层状添加剂材料为偏高岭土-ZIF-8、偏高岭土-碳纳米管中的任一种，溶剂为水、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、甲苯中的任一种；

所述的偏高岭土为商业化偏高岭土干燥后直接使用；偏高岭土-碳纳米管为偏高岭土和碳纳米管按照质量比为（0.01-10）：（0.01-1）混合；

偏高岭土-ZIF-8材料是在偏高岭土表面原位合成ZIF-8；合成方法为：称取2-甲基咪唑溶解在无水甲醇溶液中配成浓度为0.01-70 mol/L的溶液，得到2-甲基咪唑甲醇溶液，命名为溶液C；称取六水合硝酸锌溶解于无水甲醇溶液中配成浓度为0.005-0.5 mol/L的溶液，得到六水合硝酸锌甲醇溶液；将偏高岭土加入到六水合硝酸锌的甲醇溶液超声0.5-8 h，采用转速为100-2000 rpm的磁力搅拌器搅拌2-12 h，命名为溶液D；将溶液C和溶液D倒入三口烧瓶中，在20-80℃下机械搅拌6-48 h发生化学反应，对所得溶液在8000-12000 rpm的转速范围内离心10-120 min，离心管中的下层沉淀用甲醇洗三次后，放在60-100 ℃真空烘箱中干燥12-24 h，制备白色的偏高岭土-ZIF-8材料。

2.一种权利要求1所述的用于分离CO₂的基于二维层状材料的混合基质膜的制备方法，其特征在于：称取聚合物，并将其分散到溶剂中，配制成浓度为2-15wt%的溶液并均匀分散，命名为铸膜液；将二维层状添加剂材料加入到铸膜液中，均匀分散后，采用干法相转化法制备混合基质膜或者在多孔支撑膜的表面涂敷制备混合基质膜；其中聚合物和二维层状添加剂材料的质量比为1：（0.001-0.1）。

3.根据权利要求2所述的用于分离CO₂的基于二维层状材料的混合基质膜的制备方法，其特征在于：所述的采用干法相转化法制备混合基质膜，湿膜厚度控制为100-1500 µm；其中膜的干燥过程在人工气候箱中进行，干燥条件为在20-50℃、相对湿度40-70%时干燥12-24 h。

4.根据权利要求2所述的用于分离CO₂的基于二维层状材料的混合基质膜的制备方法，其特征在于：所述的在多孔支撑膜表面涂敷的混合基质膜，控制湿膜厚度为30-300 µm；其中膜的干燥过程在人工气候箱中进行，干燥条件为在20-50℃、相对湿度40-70%时干燥12-24 h。

5.根据权利要求4所述的用于分离CO₂的基于二维层状材料的混合基质膜的制备方法，其特征在于：所述的多孔支撑膜为商业化的微孔滤膜，起支撑作用，截留分子量为5000-50000，材质为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的任一种；所述的多孔支撑膜在20-50℃、0.5-10%的表面活性剂水溶液中浸泡24-72 h，清洗干燥后待用；其中使用的表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、乙二胺中的任一种。

6.根据权利要求2所述的用于分离CO₂的基于二维层状材料的混合基质膜的制备方法，其特征在于：均匀分散的具体操作是，先采用超声波分散仪在超声频率范围20-50 KHz，超声温度在15-40 ℃下，超声分散1-8 h，再采用磁力搅拌器在温度范围为15-80℃，转速范围为100-2000 rpm，搅拌2-24h，在静置脱泡12-48 h，得到均一分散液。

7.一种权利要求1所述的用于分离CO₂的基于二维层状材料的混合基质膜在CO₂的分离和净化中的应用。