[发明专利]一种用于CO2

说明书

本发明涉及膜材料制备与应用技术领域，提供了一种用于CO₂分离的膜材料及其制备方法。制备方法包括：以金属有机框架材料MAF‑66([Zn(atz)₂],Hatz为3‑氨基‑1，2，4‑三氮唑)为填充物，以聚醚嵌段酰胺Pebax为连续相，制备得到混合基质膜材料。与纯高分子膜相比，本发明制备的混合基质膜材料对CO₂的选择性有较大提高。

技术领域

本发明涉及膜材料制备与应用技术领域，尤其涉及一种用于CO₂分离的膜材料及制备方法。

专业术语：Pebax指聚醚嵌段酰胺，Hatz指3-氨基-1, 2, 4-三氮唑，dia骨架指一种类沸石金属多氮唑骨架。

背景技术

化工过程中关于天然气、高炉气和生物沼气中的CO₂脱除问题。传统的脱除方法包括冷冻分离法、变压吸附法和化学吸收法（Int J Hydrogen Energ, 38 (2013) 14495-14504）。这些传统分离技术的共同点是都需要巨大的能耗，高能耗导致运行成本居高不下。膜分离技术作为一项新型的分离技术，具有成本低、能耗低、分离效率高、绿色环保和装置简单，易于放大操作等优点，在CO₂的分离和捕获上具有良好的应用前景。

目前报道的应用于气体分离的膜材料主要包括无机膜（J Membrane Sci, 2019,236-242）、有机膜（Chemical Communications, 2013, 49, 2780-2782.）和杂化膜（Separation and Purification Technology, 2019, 214, 87-94.）三大类。混合基质膜(Mixed Matrix Membrane: MMM) 是基于“溶解扩散机制”和“促进传递机制”实现目标气体分离的一种无机—有机杂化膜（Chemical Engineering and Technology, 2013, 36,717-727），以连续的高分子相为膜的基质，分散的无机物作为填充物，这种方式可以实现高分子膜和无机膜两者的优点结合，克服了无机膜难加工、难成膜的缺点，同时随着无机填充物的加入可有效改善高分子膜的“trade-off”效应，大大提高了高分子膜的气体分离性能。混合基质膜是最有希望实现大规模应用的膜材料之一。目前，关于MMM膜研究的首要目标仍然是提高膜的分离选择性和膜的渗透通量。

MAF-66[ Zn(atz)₂ ]为以3-氨基-1, 2, 4-三氮唑（Hatz）有机物为配体，与过渡金属Zn构筑的三维类沸石金属多氮唑骨架，atz^-作为咪唑酸盐型配体，连接四面体Zn(II)离子，形成dia骨架。由于配体上非配位N的含量增加，MAF-66对CO₂的吸附性能有明显提高。但目前未见将MAF-66材料引入到膜分离中的报道，将MAF-66材料制成膜仍是一大难题，膜层容易存在晶间缺陷和针孔。以MAF-66为填料的混合基质膜，还未见报道。

发明内容

本发明旨在至少克服上述现有技术的缺点与不足其中之一，提出一种以MAF-66为填料的混合基质膜，用以提高膜对CO₂的选择性，具有较大的应用前景。本发明目的基于以下技术方案实现：

本发明目的第一方面，提供了一种用于CO₂分离的膜材料，所述膜材料为由MAF-66纳米颗粒和Pebax混合组成的MAF-66/Pebax混合基质膜。

优选地，所述混合基质膜中MAF-66纳米颗粒的质量百分含量为1%~30%。

本发明目的第二方面，提供了一种用于CO₂分离的膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、纳米颗粒MAF-66的制备：将3-氨基-1,2,4-三氮唑配体溶液与锌源溶液混合搅拌均匀，加入表面活性剂，经溶剂热反应后干燥得到MAF-66纳米颗粒；