[发明专利]一种N2

权利要求书

1.一种N₂优先渗透ZIF-8复合膜的制备方法，其特征在于：首先，以多孔聚合物膜为支撑层，采用壳聚糖与锌离子的螯合交联溶液对多孔聚合物支撑膜表面改性，使锌离子固定在多孔聚合物支撑膜表面；然后，与2-甲基咪唑配位得到ZIF-8晶种层；最后，采用界面聚合法经过二次生长得到致密的ZIF-8复合膜；ZIF-8复合膜用于分离CO₂和N₂混合气，以及主要成分为CO₂和N₂的工业废气；该膜能实现N₂优先渗透在膜的下游侧富集，CO₂被截留在膜的上游侧并富集；

具体包括以下步骤：

（1）多孔聚合物支撑膜的表面修饰

将壳聚糖和六水合硝酸锌加入质量百分含量为1～3%的乙酸溶液中，保证壳聚糖的质量百分含量为0.1～5%，六水合硝酸锌的质量百分含量为0.1～20%，采用磁力搅拌器在温度为20～80℃，转速为100～2000 rpm，机械搅拌1～24 h，使壳聚糖和六水合硝酸锌完全溶解，得到溶液A；然后向溶液A加入交联剂，继续搅拌10～360 min，得到壳聚糖锌离子涂膜液，命名为铸膜液B；用刮刀将铸膜液B均匀地涂覆到多孔聚合物支撑膜表面，控制湿涂层厚度为10～150 μm，再置于25～100℃真空烘箱中干燥2～24 h，制得壳聚糖锌离子复合膜；再将其浸入质量百分含量为1～8%的碳酸氢钠溶液中静置1～24 h，随后用水洗至中性；制得壳聚糖锌离子复合膜；

（2）ZIF-8晶种层的制备

将2-甲基咪唑添加至正己烷/乙醇/甲醇的混合溶剂中，保证2-甲基咪唑的浓度范围为4～32 g/L，采用磁力搅拌器在温度为20～60℃，转速为100～2000 rpm时，机械搅拌0.5～12 h，得到2-甲基咪唑溶液，命名为溶液C；然后将步骤（1）中制备的壳聚糖锌离子复合膜浸入溶液C中静置0.5～72 h，即可制得ZIF-8晶种层；

（3）二次生长制备ZIF-8复合膜

将六水合硝酸锌添加至水/乙醇/甲醇的混合溶剂中，保证六水合硝酸锌的浓度为5～60 g/L，采用磁力搅拌器在温度为20～60℃，转速为100～2000 rpm时，机械搅拌0.5～12h，得到六水合硝酸锌溶液，命名为溶液D；然后将步骤（2）中制备的ZIF-8晶种层浸入溶液D中静置0.5～72 h；然后浸入新配制的溶液C中静置0.5～72 h；最后置于25～100℃真空烘箱中干燥2～24 h，制得ZIF-8复合膜。

2.根据权利要求1所述的N₂优先渗透ZIF-8复合膜的制备方法，其特征在于：多孔聚合物支撑膜材质为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、醋酸纤维素中的任一种，截留分子量为3000~20000。

3.根据权利要求1所述的N₂优先渗透ZIF-8复合膜的制备方法，其特征在于：多孔聚合物支撑膜需要经过预处理：将多孔聚合物支撑膜浸泡在温度为15～35℃，质量百分含量为1～5%的表面活性剂水溶液中24～72 h，清洗干燥后待用。

4.根据权利要求3所述的N₂优先渗透ZIF-8复合膜的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为乙二胺、十二烷基磺酸钠、十八烷基硫酸钠中的任一种。

5.根据权利要求1所述的N₂优先渗透ZIF-8复合膜的制备方法，其特征在于：

步骤（1）中壳聚糖与六水合硝酸锌的质量比为（0.1～5）：（0.1～20）；步骤（2）中混合溶剂正己烷/乙醇/甲醇的质量比为（70～95）：（2～20）：（1～15）；步骤（3）中使用的六水合硝酸锌和2-甲基咪唑的质量比为（5～60）：（4～32）；步骤（3）混合溶剂水/乙醇/甲醇的质量比为（70～95）：（2～20）：（1～15）。

6.根据权利要求1所述的N₂优先渗透ZIF-8复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所使用的交联剂为戊二醛、氧氯丙烷、环硫氯丙烷、表氯醇、酸酐的任一种，交联剂与壳聚糖的质量比为（0.05～5）：100。