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技术

本发明专利技术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。本发明专利技术采用负压抽滤法使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。撑液膜具有良好的气体渗透分离性能及耐压性。撑液膜具有良好的气体渗透分离性能及耐压性。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术属于膜分离
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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.中国专利技术专利申请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.中国专利技术专利申请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]、[C
10
‑
mim][NTf2][N
8881
][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。

技术实现思路

[0004]本专利技术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。
[0005]本专利技术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。
[0006]本专利技术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。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种高稳定性GO限域的离子液体支撑液膜的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)GO纳米片分散液的制备：
[0010]1)将氧化石墨烯(GO)纳米片加入去离子水中，超声分散，得到浓度为0.01～0.05g/L的氧化石墨烯分散液；
[0011]2)将上述分散液置于3000～5000r/min的速率下进行离心处理20～30min，取上清液待制膜；
[0012](2)二维GO膜层的制备：
[0013]将α
‑
氧化铝基底固定在负压抽滤装置中，将步骤(1)所得上清液置于负压抽滤装置中，通过真空抽滤负载于基底表面，即制得二维GO湿膜；
[0014](3)离子液体的限域：
[0015]1)将离子液体真空脱气5～10h；
[0016]2)向反应装置中加入一滴上述脱气后的离子液体，再将步骤(2)制得的GO湿膜面朝下固定在装置中，GO湿膜距离底部空腔为2cm，之后将装置置于100～120℃、真空度为0.05MPa环境中1～5h，接着室温干燥10～12h，40℃真空干燥10～12h，即得GO限域的离子液体支撑液膜。
[0017]优选的，步骤(1)中所述氧化石墨烯纳米片的尺寸为1～2μm，平均厚度为1nm。
[0018]优选的，步骤(1)中所述超声的功率为40W，时间20～30min。
[0019]优选的，步骤(2)中所述上清液的体积为10～20mL。
[0020]优选的，步骤(3)中所述离子液体为1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐[Emim][BF4]。
[0021]优选的，步骤(3)中所述反应装置包括装置本体以及密封盖，所述装置本体与密封盖匹配盖合连接，所述装置本体呈中空结构，具有容置腔，所述密封盖上开设有一抽吸口，所述抽吸口连接真空水泵。
[0022]第二方面，本专利技术还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。
[0023]本专利技术制得的离子液体支撑液膜致密无缺陷，厚度仅为100nm左右，具有良好的气体渗透分离性能及耐压性。
[0024]第三方面，本专利技术还提供由上述制备方法制得的GO限域的离子液体支撑液膜在分离CO2和CH4中的应用。
[0025]与现有技术相比，本专利技术采用负压抽滤法使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。该方法采用了尺寸1～2μm，厚度约为1nm的GO纳米片，其高分散性和铺展性有利于连续二维GO膜层的形成；该方法采用真空辅助蒸汽牵引法大大减少了离子液体的使用量，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。当膜两侧压力差为0bar时，CO2渗透率达到50.4GPU，CO2/CH4选择性为47.2；当膜两侧压力增大至1.5bar时，CO2渗透率达到68.7GPU，CO2/CH4选择性为35.2。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的实施例1的GO纳米片的TEM图像(a)及AFM图像(b)。
[0027]图2为本专利技术的实施例1的GO膜的SEM图像：(a)表面；(b)截面。
[0028]图3为本专利技术的实施例1的自制装置的示意图，图中1
‑
装置本体，2
‑
密封盖，3
‑
抽吸口，4
‑
真空水泵，5
‑
离子液体，6
‑
GO湿膜。
[0029]图4为本专利技术的实施例4的G本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高稳定性GO限域的离子液体支撑液膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)GO纳米片分散液的制备：将氧化石墨烯纳米片加入去离子水中，超声分散，得到浓度为0.01～0.05g/L的氧化石墨烯分散液；将上述分散液置于3000～5000r/min的速率下进行离心处理20～30min，取上清液待制膜；(2)二维GO膜层的制备：将α
‑
氧化铝基底固定在负压抽滤装置中，再将步骤(1)所得上清液置于负压抽滤装置中，通过真空抽滤负载于基底表面，即制得二维GO湿膜；(3)离子液体的限域：1)将离子液体真空脱气5～10h；2)向反应装置中加入一滴上述脱气后的离子液体，再将步骤(2)制得的GO湿膜面朝下固定在装置中，GO湿膜距离底部空腔为2cm，之后将装置置于100～120℃、真空度为0.05MPa环境中1～5h，接着室温干燥10～12h，40℃真空干燥10～12h，即得GO限域的离子液体支撑液膜。2.根据权利要求1所述的一种高稳定性GO限域的离子液体支撑液膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中所述氧化石墨烯纳米片的尺寸为1～2μm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴勉，李小兵，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：