[发明专利]一种通过化学交联制备高UiO-66纳米颗粒负载量壳聚糖混合基质膜的方法

说明书

一种通过化学交联制备高UiO‑66纳米颗粒负载量壳聚糖混合基质膜的方法，属于膜分离技术领域。该方法先将UiO‑66‑NH₂纳米颗粒与环氧溴丙烷反应，在其表面修饰环氧基得到EPB‑UiO‑66‑NH₂纳米颗粒，然后将该纳米颗粒与CS溶液混合，在N₂气氛下加热反应，得到交联后的涂膜液，将此涂膜液在聚醚砜基膜上刮涂成膜，干燥后即可得到具有高纳米颗粒负载量的化学交联的CS混合基质膜。本发明提出的化学交联方法，提高了界面相容性，获得了纳米颗粒负载量高达20wt％且没有缺陷的交联的CS混合基质膜，其优选的CO₂渗透速率为36GPU，CO₂/N₂选择性为40，适合用于含CO₂的混合气的分离。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种通过化学交联制备高UiO-66纳米颗粒负载量壳聚糖混合基质膜的方法。

背景技术

膜分离技术由于具有低能耗、成本效益、操作灵活和环境友好等优点，被认为是一种新型高效的CO₂分离技术。常用的CO₂分离膜材料有聚合物膜、无机膜和混合基质膜，其中，聚合物膜通常存在渗透性和选择性之间此升彼降的相互权衡关系(Trade off效应)，无机膜难以制备获得大面积无缺陷的膜，而混合基质膜由于兼具聚合物的易加工性和无机填料的高孔隙率，可以同时获得高渗透性和高选择性，成为人们的研究热点。

金属有机骨架材料(MOF)由于具有较高的比表面积，孔径和孔结构可调，成为用于制备混合基质膜的优异填料。MOF是由过渡金属离子和有机配体经共价键或配位键桥接而成的晶体材料，其有机配体中存在的多种功能基团，使得其与聚合物基质之间的相互作用更容易控制，然而这种改善是有限的，混合基质膜在高MOF负载量下仍然会出现非选择性的界面缺陷，导致膜的性能下降。因此，如何获得高负载量且没有缺陷的混合基质膜仍然是一个挑战。

为了进一步提高聚合物基质和填料之间的界面相容性，常用的方法有：控制填料几何形状，如减小填料粒径等；添加界面剂如离子液体等；对MOF表面进行改性，即在MOF表面修饰一些特殊的官能团，从而与聚合物链之间形成物理相互作用等。然而通过化学反应，利用交联剂将填料表面与聚合物链之间共价连接，则具有更强的作用效果。

壳聚糖(CS)由于具有低毒性、温度稳定性及良好的成膜性，经常被用于CO₂分离。且CS中丰富的氨基可以作为促进传递的载体，在水的参与下，CO₂会和氨基发生可逆反应生成HCO₃^-，HCO₃^-能快速地扩散通过膜，然后在渗透侧解离出CO₂，而CH₄、N₂等则完全依靠溶解扩散机理在膜中传递，故能实现较高的CO₂渗透性和选择性。因此，壳聚糖也经常被用于制备混合基质膜，然而大部分CS混合基质膜中填料负载量都较低，集中在10％以下，限制了其CO₂分离性能的进一步提高。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述现有技术存在的缺点而提供一种通过化学交联制备高UiO-66纳米颗粒负载量壳聚糖混合基质膜的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

以CS为聚合物基质，以UiO-66-NH₂为目标MOF，以环氧溴丙烷为交联剂将CS与UiO-66-NH₂共价连接，通过此种化学交联提高界面相容性，从而获得具有高UiO-66纳米颗粒负载量且没有缺陷的交联的混合基质膜。

一种通过化学交联制备高UiO-66纳米颗粒负载量壳聚糖混合基质膜的方法，包括以下步骤：