一种多孔二维氟-铈纳米材料混合基质膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种多孔二维氟

【技术实现步骤摘要】
一种多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及气体分离膜
，具体涉及一种多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着工业的发展，CO2排放量日益增多，世界将面临着严峻的环境问题，如全球变暖、酸雨以及生态系统的变化。当前化石燃料的燃烧是CO2最主要的排放源，如何从烟道气中高效分离富集CO2成为人们研究的重点。
[0003]膜分离技术是一种新型高效的分离技术，与传统的分离技术如吸附、蒸馏相比，它具有操作简单方便、节能、无污染等优点，可广泛的应用于废气处理、气体纯化分离、生产工艺中气体回收等领域。目前，商业化气体分离膜材料大多是传统高分子材料，如聚砜类材料、纤维素类材料、聚酰胺类材料等，此类膜材料都存在气体渗透性和选择性相互制约(Trade
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off)的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜及其制备方法和应用，本专利技术提供的混合基质膜同时具有较高的CO2气体渗透性和选择性，可应用于化石燃料燃烧产生的烟气和工业合成气中CO2的分离与捕集，减缓工业生产中温室气体的排放。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜，包括聚环氧乙烷基质以及分散在所述聚环氧乙烷基质中的多孔二维F
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Ce纳米片。
[0007]优选地，所述多孔二维F
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Ce纳米片以F
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Ce单原子为主层，乙酸根为层间物；所述多孔二维F
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Ce纳米片的层间距为0.33～0.36nm；所述多孔二维F
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Ce纳米片的平均孔径为0.1～10nm。
[0008]优选地，所述多孔二维F
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Ce纳米片的平均横向尺寸为140～190nm。
[0009]优选地，所述多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜的厚度为80～220μm。
[0010]优选地，所述多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜的形式为平板膜、中空纤维膜或管式膜。
[0011]本专利技术提供了上述技术方案所述多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜的制备方法，包括以下步骤：
[0012]将聚环氧乙烷预聚物、多孔二维F
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Ce纳米片分散液、引发剂和溶剂混合，得到混合分散液；
[0013]将所述混合分散液置于两块石英板之间，进行光固化，得到多孔二维氟
‑
铈纳米材料混合基质膜。
[0014]优选地，所述聚环氧乙烷预聚物包括聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇甲基醚丙烯
酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、双酚A乙氧基化物二丙烯酸酯、四乙基乙二醇二甲基丙烯酸乙酯和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或多种。
[0015]优选地，所述聚环氧乙烷预聚物和多孔二维F
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Ce纳米片分散液中的多孔二维F
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Ce纳米片的质量比为1：0.005～0.08。
[0016]优选地，所述光固化为紫外光固化。
[0017]本专利技术提供了上述技术方案所述多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜或上述技术方案所述制备方法制备得到的多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜在CO2气体分离中的应用。
[0018]本专利技术提供了一种多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜，包括聚环氧乙烷基质以及分散在所述聚环氧乙烷基质中的多孔二维F
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Ce纳米片。本专利技术基于CO2在膜中的分离机理主要为溶解
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扩散机理，聚环氧乙烷基质中含有大量的无定型聚环氧乙烷结构，极性环氧乙烷对CO2具有亲和力，从而能够提高CO2的溶解选择性；多孔二维F
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Ce纳米片的结构中大量F基团与CO2之间相互作用，提高CO2溶解性，同时多孔二维F
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Ce纳米片的孔道还为CO2提供快速扩散通道，从而提高CO2的渗透性和选择性。在浓度梯度作用下，CO2在多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜中进行吸附
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扩散
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解吸的过程，将其引入到聚环氧乙烷基质中，提高CO2的溶解，促进CO2的扩散，降低CO2在膜中的传质阻力，从而提高CO2的分离效率。实施例的数据表明，本专利技术提供的多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜优于不含有多孔二维F
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Ce纳米片的单一基膜和诸多二维材料对CO2气体的分离。
附图说明
[0019]图1为实施例1制得的多孔二维F
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Ce纳米片的SEM图；
[0020]图2为实施例1制得的多孔二维F
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Ce纳米片的孔径分布图；
[0021]图3为实施例1制备的多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜的断面SEM图；
[0022]图4为气体渗透分离性能测试装置示意图；图4中，1表示进气阀，2表示测试阀，3表示上游抽真空阀，4表示下游抽真空阀，5表示储气罐，6表示第一压力表，7表示第二压力表，8表示加热器，9表示膜池；
[0023]图5为对比例1制得的交联聚环氧乙烷膜的断面SEM图。
具体实施方式
[0024]本专利技术提供了一种多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜，包括聚环氧乙烷基质以及分散在所述聚环氧乙烷基质中的多孔二维F
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Ce纳米片。
[0025]在本专利技术中，所述多孔二维F
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Ce纳米片中的氟元素可与聚环氧乙烷基质中的氢元素形成氢键，使其界面相容性良好。
[0026]在本专利技术中，所述多孔二维F
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Ce纳米片以F
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Ce单原子为主层，乙酸根为层间物；所述多孔二维F
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Ce纳米片的层间距优选为0.33～0.36nm，更优选为0.356nm；所述多孔二维F
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Ce纳米片的平均孔径优选为0.1～10nm，更优选为3.813nm。在本专利技术中，多孔二维F
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Ce纳米片的层间距刚好介于CO2(0.33nm)和N2(0.364nm)的分子直径之间，起到筛分作用，从而提高CO2选择性，大量的极性F基团与CO2相互作用，从而提高CO2溶解选择性。
[0027]在本专利技术中，所述多孔二维F
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Ce纳米片的平均横向尺寸优选为140～190nm。
[0028]在本专利技术中，所述多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜的厚度优选为80～220μm，更优选为100～200μm。
[0029]在本专利技术中，所述多孔二维氟
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜，包括聚环氧乙烷基质以及分散在所述聚环氧乙烷基质中的多孔二维F
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Ce纳米片。2.根据权利要求1所述的多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜，其特征在于，所述多孔二维F
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Ce纳米片以F
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Ce单原子为主层，乙酸根为层间物；所述多孔二维F
‑
Ce纳米片的层间距为0.33～0.36nm；所述多孔二维F
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Ce纳米片的平均孔径为0.1～10nm。3.根据权利要求1所述的多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜，其特征在于，所述多孔二维F
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Ce纳米片的平均横向尺寸为140～190nm。4.根据权利要求1所述的多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜，其特征在于，所述多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜的厚度为80～220μm。5.根据权利要求1所述的多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜，其特征在于，所述多孔二维氟
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铈纳米材料混合基质膜的形式为平...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉忠，赵美雪，辛清萍，李泓，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：