[发明专利]一种在陶瓷基底上快速生长ZIF-8膜的方法

说明书

本发明提供了一种在陶瓷基底上快速生长ZIF‑8膜的方法，属于MOF膜制备技术领域。具体步骤：(1)采用石墨或含石墨材料在多孔基底表面涂划，石墨层具有修饰粗糙的基底表面和增加基底表面导电性的作用；(2)将金属盐与有机配体溶于溶剂中，混合均匀后静置得到混合溶液；(3)将步骤(1)所得到的石墨修饰过的多孔基底置于步骤(2)中的混合溶液中，外加恒电流合成金属有机框架薄膜。本发明通过外加恒电流法来制备，操作步骤简便、合成时间短、投入成本低且生产效率高，制得的MOF膜在气体分离领域具有优异的性能。

技术领域

本发明属于MOF膜制备技术领域，具体涉及一种在陶瓷基底上快速生长ZIF-8膜的方法。

背景技术

现代化工工业发展中，经济效益和环境可持续性是重要的一个指标。在化工生产中，依靠沸点差异分离的精馏是现在主要的分离装置，但因为能源消耗大换以及需要大量的设备投入，导致成本太大。特别是对于重要的工业原料，例如丙烯和丙烷，由于两者沸点相近，分离的难度更大。

膜分离技术自上世纪初期被提出后，经历了飞速发展和进步。因为没有涉及热交换，具有操作简单，经济节能的优点。金属有机框架是由金属离子和有机配体组成的具有规整且可调的孔径的晶体，作为膜分离的材料被广泛研究。但现今其应用有以下局限：第一，制备工艺复杂，成本高且现阶段大部分关于金属有机框架膜的制备都是在片状基底上；第二，水稳定性差；第三，实际操作条件下金属有机框架膜的长期操作稳定性。以上这些问题都极大的限制了金属有机骨架材料在实际工业中的应用。本课题组自主研发了一种利用电场快速制备金属有机框架膜的方法，该方法步骤简单，所需时间远远短于其他常用方法，但该方法所用的基底为阳极氧化铝，并且为了使基底具有导电性，需使用磁控溅射法在其表面镀上一层导电金属，成本极高。要扩展该方法的应用，必须要解决昂贵基底的问题。

发明内容

为了解决现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种在陶瓷基底上快速生长ZIF-8膜的方法。

本发明目的通过以下技术方案实现。

一种在陶瓷基底上快速生长ZIF-8膜的方法，包括以下步骤：

(1)采用石墨或含石墨材料在多孔基底表面涂划；

(2)将金属盐与有机配体溶于溶剂中，混合均匀后静置得到混合溶液；

(3)将步骤(1)所得到的石墨修饰过的多孔基底置于步骤(2)中的混合溶液中，外加恒电流合成金属有机框架薄膜。

优选的，步骤(1)中所述多孔基底表面的石墨涂敷量为2～50g/m²。

优选的，步骤(1)中的多孔基底是陶瓷片、陶瓷中空纤维或陶瓷管。

优选的，步骤(2)的金属盐为二水合醋酸锌，有机配体为二甲基咪唑，溶剂为甲醇。

优选的，步骤(2)中混合溶液中的金属盐浓度为0.01～0.1mol/L，金属盐与有机配体的摩尔比为0.1～1：1。

优选的，步骤(2)中静置的时间为12～24小时。

优选的，步骤(3)中所需要的外加恒电流为0.5～2mA·cm^-2，合成的时间为10～30分钟。

优选的，步骤(1)所述的多孔基底用去离子水超声5～10min，放入烘箱干燥12～24h

本发明所述的原位电场法一步制备金属有机框架膜，在实际操作中，可以节约很多时间，极大简化操作步骤。并且此法制备出的膜表面无明显缺陷，与基底接触良好无明显裂缝

与现有技术相比，本发明具有如下优点：