[发明专利]一种高稳定性GO限域的离子液体支撑液膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高稳定性GO限域的离子液体支撑液膜及其制备方法和应用。本发明采用负压抽滤法使GO纳米片在基底上形成二维膜层，进一步利用真空辅助蒸汽牵引法将离子液体限域到GO膜的二维纳米通道中，实现离子液体对二维GO膜层的缺陷修复，制备了致密无缺陷的厚度仅为100nm的GO限域的离子液体支撑液膜；所得GO限域的离子液体支撑液膜可应用于沼气纯化。真空辅助蒸汽牵引法大大减少了离子液体的用量，节约了成本，且开发的GO限域的离子液体支撑液膜具有良好的气体渗透分离性能及耐压性。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种高稳定性GO限域的离子液体支撑液膜及其制备方法和应用。

背景技术

沼气作为生物质能源的一种，经净化提纯后即为生物燃气，具有清洁、高效、安全和可再生四大特征，其高效制备与综合利用是极具代表性的双向清洁过程。沼气的主要成分是甲烷(CH₄，55％～65％)和二氧化碳(CO₂，30％～40％)。将沼气提纯到甲烷含量90％以上可取代石化天然气，实现能源和环境的可持续发展。采用膜分离技术来分离CO₂具有耗能低、效率高、低碳环保和工艺简单、操作方便等优点，在气体分离领域已经引起了高度重视。膜分离技术的关键在于高选择性、高渗透性及高稳定性膜材料的开发。

离子液体支撑液膜对CO₂具有较高的渗透选择性，近年来广泛应用于CO₂和N₂、CH₄气体体系的分离。然而该支撑液膜在工业上应用受限，主要原因是离子液体容易从基底的孔道中流失。为了解决这一难题，研究者通常采取的策略是减小基底的孔尺寸(一种高稳定性介孔聚合物限域的离子液体支撑液膜及其制备方法和应用.中国发明专利申请CN107803117A，2016-9-9；一种纳米金属有机框架ZIF-8支撑的离子液体复合膜及其制备方法和应用.中国发明专利申请CN112191110A，2019-07-08)。Gan等人(JMembr Sci，2006，280，948)以纳滤膜为基底，以离子液体[C₄-mim][NTf₂]、[C₁₀-mim][NTf₂][N₈₈₈₁][NTf₂]、[C₈Py][NTf₂]为液膜制备了离子液体支撑液膜，研究表明随压力从3.0bar增加到7.0bar气体的渗透速率呈指数增加，以纳滤膜为基底所能承受的压力远高于微滤膜。Peng等人(ACSAppl.Mater.Interfaces2017，9，44251-44257；J.Mater.Chem.A，2018，6，16566-16573)通过滴涂法将离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐[Bmim][BF₄]引入到硫化钼或硫化钨膜层的二维纳米通道中，得到了离子液体支撑液膜，该方法需要离子液体的量多，且得到的复合膜较厚，大大阻碍了CO₂的传质。此外硫化钼和硫化钨膜是刚性膜，在加压条件下易碎，因此没有探究膜两侧压力差对离子液体支撑液膜的CO₂/CH₄渗透分离性能的影响。上述以纳米孔为基底的离子液体支撑液膜依然普遍存在膜层较厚、气体渗透性能较差及耐压性差等问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种高稳定性GO限域的离子液体支撑液膜的制备方法，操作简单。

本发明的目的之二是提供上述制备方法制得的高稳定性GO限域的离子液体支撑液膜，厚度薄，气体渗透性能好。

本发明的目的之三是提供上述高稳定性GO限域的离子液体支撑液膜在分离CO₂和CH₄中的应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种高稳定性GO限域的离子液体支撑液膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)GO纳米片分散液的制备：