一种基于复合材料UiO-66@HNT的混合基质膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于复合材料UiO

【技术实现步骤摘要】
一种基于复合材料UiO
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66@HNT的混合基质膜的制备方法


[0001]本专利技术属于膜分离
，具体涉及一种基于UiO
‑
66@HNT复合材料的混合基质膜的制备方法。

技术介绍

[0002]自工业革命以来，人类对化石燃料的消耗日益增加，导致大气中二氧化碳的浓度逐渐增加，同时二氧化碳作为化工生产的重要资源之一，在众多领域发挥着重要的作用。与化学吸收法、吸附法以及低温分离法等方法相比，膜分离法具有无相变、能耗低、设备简单、投资少、装置规模弹性大、启动快、操作方便安全、运行可靠性高和环境污染小等优势，从而被广泛应用于气体分离中。
[0003]用于CO2分离的膜大致可分为高分子(聚合物)膜、无机膜以及混合基质膜三种。高分子膜具有高渗透性，但分离性能较差，渗透性与选择性相互制约。无机膜具有高机械强度、分离效率高等优点，然而也同样面临成本高、易污染和膜通量小的问题，使其难以大范围应用。
[0004]混合基质膜(MMMs)是一种通过将填料分散在聚合物基质中，结合不同物质优点的新型膜。它由两大部分组成，聚合物基质以及填料，两者混合起来形成混合基质膜。混合基质膜拥有高选择性、热机械稳定性以及耐塑化等优点，使膜能够克服渗透性与选择性的相互制约，增强分离性能。金属有机骨架材料(MOFs)是一种新型的多孔材料，其由金属离子与有机配体组装而成，具有许多不同于传统多孔材料的特性。MOFs具有超高的比表面积、较高的孔隙率、可调的孔道尺寸、良好的热稳定性以及化学稳定性等诸多优点，使得MOF在多个领域中展现出了广阔的应用前景。本专利中以具有一维管状结构的埃洛石纳米管(HNT)作为气体扩散通道，并利用MOF中的UiO
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66对CO2的吸附作用，制备UiO
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66@HNT复合材料作为CO2气体分子在膜中的气体传输通道，提升混合基质膜的气体渗透性与选择性。

技术实现思路

[0005]基于混合基质膜现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于制备一种基于UiO
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66@HNT复合材料的混合基质膜。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种基于复合材料UiO
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66@HNT的混合基质膜的制备方法，步骤如下：
[0008](1)UiO
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66@HNT复合材料通过溶剂热法制备：
[0009]将埃洛石纳米管HNT加入至盐酸多巴胺的水溶液中，调节pH使盐酸多巴胺聚合包裹在HNT的表面，得到聚多巴胺包裹的HNT，记为PHNT，接着将PHNT加入含有ZrCl4和对苯二甲酸的N,N
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二甲基甲酰胺溶液中，添加冰醋酸作为调节剂，在高温下于PHNT表面生长金属有机骨架材料UiO
‑
66，取代PHNT表面的聚多巴胺，得到复合材料UiO
‑
66@HNT；
[0010](2)制膜：
[0011]将复合材料UiO
‑
66@HNT加入到Pebax
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1657基质溶液中，搅拌超声，使得复合材料
均匀分散至基质溶液中，得到铸膜液，将铸膜液倒入培养皿中，在40
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50℃烘箱中浇铸成膜。
[0012]进一步地，所述步骤(1)中，pH调节为8
‑
9。
[0013]进一步地，所述步骤(1)中，盐酸多巴胺的水溶液浓度为1
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2g/L，盐酸多巴胺的水溶液体积(ml)与HNT的质量(g)的比例为10
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20:1。
[0014]进一步地，所述步骤(1)中，所用ZrCl4与对苯二甲酸的物质的量比例为1:1.2
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1.4，反应温度为120
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140℃，反应时间为22
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24h；所用PHNT的质量(g)、ZrCl4的物质的量(mmol)、对苯二甲酸的物质的量(mmol)以及冰醋酸的体积(ml)的比例为0.5:5:5:3。
[0015]进一步地，所述的Pebax
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1657基质溶液浓度为3
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10wt％；所述UiO
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66@HNT复合材料占Pebax
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1657基质的质量百分比为5％
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20％，烘箱烘干时间为12
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24h。
[0016]进一步地，所述的复合材料UiO
‑
66@HNT由于其管状结构，所述复合材料UiO
‑
66@HNT能够在基质中构建气体传输通道。
[0017]进一步地，所述的复合材料UiO
‑
66@HNT由于其管状结构，所述复合材料UiO
‑
66@HNT能够在基质中构建气体传输通道。
[0018]本专利技术的有益效果：该混合基质膜采用UiO
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66@HNT复合材料作为填料，所述制备方法使用UiO
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66@HNT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UiO
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66@HNT通道，降低气体传质阻力，提高了混合基质膜的气体渗透性和选择性。
附图说明
[0019]图1是UiO
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66@HNT复合材料的扫描电镜图。
[0020]图2是UiO
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66@HNT复合材料的XRD谱图。
[0021]图3是掺杂了UiO
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66@HNT复合材料的Pebax
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1657混合基质膜的膜断面电镜图。
具体实施方式
[0022]以下结合附图和技术方案，进一步说明本专利技术的具体实施方式。
[0023]实施例1
[0024]制备UiO
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66@HNT复合材料：称取埃洛石纳米管(HNT)于烧杯中，加入没过HNT体积的去离子水，将烧杯放置在超声仪中超声2h，HNT与去离子水混合均匀，去除上清液后，取下部沉淀，使用去离子水与乙醇各洗涤1次，每次洗涤后皆在5000r/min转速下离心5min，随后烘干获得产物纯化HNT；称取1g纯化HNT于烧杯中，加入20ml质量浓度为1g/L的盐酸多巴胺溶液搅拌30分钟，然后加入2mol/L KOH溶液调节pH至9，在5000r/min转速下离心5min，离心后使用去离子水与乙醇各洗涤一次，每次洗涤后皆在5000r/min转速下离心5min，烘干得到产物PHNT。称取0.5g的PHNT于烧杯中，加入100mL的N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)与1.16g的氯化锆，搅拌30min；随后加入0.83g的对苯二甲酸(H2BDC)，搅拌30min；最后加入3mL的冰醋酸，在烘箱中140℃下反应24h；反应后在5000r/min转速下离心5min获得产物，使用DMF洗涤3次，每次洗涤后皆在5000r/min转速下离心，烘干获得UiO
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66@H本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于复合材料UiO
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66@HNT的混合基质膜的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)UiO
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66@HNT复合材料通过溶剂热法制备：将埃洛石纳米管HNT加入至盐酸多巴胺的水溶液中，调节pH使盐酸多巴胺聚合包裹在HNT的表面，得到聚多巴胺包裹的HNT，记为PHNT，接着将PHNT加入含有ZrCl4和对苯二甲酸的N,N
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二甲基甲酰胺溶液中，添加冰醋酸作为调节剂，在高温下于PHNT表面生长金属有机骨架材料UiO
‑
66，取代PHNT表面的聚多巴胺，得到复合材料UiO
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66@HNT；(2)制膜：将复合材料UiO
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66@HNT加入到Pebax
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1657基质溶液中，搅拌超声，使得复合材料均匀分散至基质溶液中，得到铸膜液，将铸膜液倒入培养皿中，在40
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50℃烘箱中浇铸成膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，pH调节为8
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9。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，盐酸多巴胺的水溶液浓度为1
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2g/L，盐酸多巴胺的水溶液体积(ml)与HNT的质量(g)的比例为10
‑
20:1。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所用ZrCl4与对苯二甲酸的物质的量比例为1:1.2
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1.4，反应温度为120
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140℃，反应时间为22
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24h；所用PHNT的质量(g)、ZrCl4的物质的量(mmol)、对苯二甲酸的物质的量(mmol)以及冰醋酸的体积(ml)的比例为0.5:5:5:3。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所用ZrCl4与对苯二甲酸的物质的量比例为1:1.2
‑
1.4，反应温度为120
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【专利技术属性】
技术研发人员：肖武，郭飞，李秉璋，丁锐，李东升，姜晓滨，贺高红，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：