[发明专利]一种基于二维纳米级ZIF-90/C3

说明书

本发明公开了一种基于二维纳米级ZIF‑90/C₃N₄纳米片复合材料的混合基质膜的制备方法，属于膜分离技术领域。本发明首先通过酸蚀法制备了纳米级的C₃N₄纳米片作为模板，随后采用原位生长技术在该纳米片表面生长了大量连续的ZIF‑90纳米颗粒，得到了二维纳米级ZIF‑90/C₃N₄纳米片复合材料，并使用该材料与Pebax‑1657基质共混制备混合基质膜.所述制备方法使用二维纳米级ZIF‑90/C₃N₄纳米片复合材料作为填料，有助于构筑气体扩散方向(竖直方向)上的ZIF‑90连续通道，降低气体传质阻力，提高了混合基质膜对于CO₂的渗透速率及CO₂/N₂选择性。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种基于二维纳米级ZIF-90/C₃N₄纳米片复合材料混合基质膜的制备方法。

背景技术

近年来在温室效应的加重和能源的短缺双重压力下，经济有效的CO₂捕集技术变得愈发重要。相较于胺法、变压吸附、低温分离等CO₂分离技术，膜分离技术因为其经济、低耗、回收效果好、可耦合程度高等优点而备受关注。

气体分离膜根据材料的不同主要可分为有机膜和无机膜，有机膜现已广泛应用于氢气回收、氮气富集以及轻烃回收等领域。但是目前可商用的有机膜普遍分离性能低且严重受选择性与渗透性之间“折衷”效应限制，使其无法在具有高渗透性的同时兼备高选择性。而无机膜虽然有着超高的选择分离性能，但是其本身易碎、造价昂贵、难以批量制备的缺点严重限制了它的工业应用。

混合基质膜的研制是突破有机膜上限限制的有效方法，它通过将无机材料与有机材料相结合的方法继承两者的优点，集所长、避所短，具有较高的气体分离性能、制备过程简单、抗增塑等特点。MOFs(如ZIF-8、ZIF-90等)是一种由无机金属节点与多价有机分子配位组成的杂化多孔材料，由于其高孔隙率，均匀可调节的孔结构和丰富的化学功能，近些年被广泛应用于混合基质膜的研究。但是，即便是MOFs具有丰富孔结构，可以为气体的通过提供一定的自由体积，它在膜基质中的无序分散仍不能完全发挥出它的优势。因此构筑出利于气体扩散的MOFs连续通道对混合基质膜的提升非常重要。

除此之外，一些MOFs还存在“呼吸效应”，呼吸效应通常是由配体存在不稳定的旋转导致，以ZIF-8为例，其配体旋转所需要的能量仅为0.36kcal/mol，这导致其孔笼一直处于可被扩张的状态，使气体筛分效果下降。ZIF-90相比于ZIF-8，配体旋转能量更高(14.1kcal/mol)，结构更加稳定，因此为了从填料根本上解决呼吸效应带来的问题，本发明中选用了ZIF-90作为主要填充材料。

发明内容

基于混合基质膜现有技术的缺陷，本发明的目的在于制备一种基于二维纳米级ZIF-90/C₃N₄纳米片复合材料的混合基质膜。

本发明的技术方案：

一种基于二维纳米级ZIF-90/C₃N₄纳米片复合材料的混合基质膜的制备方法，步骤如下：

采用酸蚀法剥离出纳米级二维C₃N₄纳米片生长模板，通过原位生长的方法在纳米片表面生长ZIF-90纳米颗粒形成具有连续MOF通道结构的二维纳米级ZIF-90/C₃N₄纳米片复合材料；具体步骤如下：

(1)纳米级二维C₃N₄纳米片模板通过酸蚀法制备：