【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气体分离膜，具体涉及一种磺酸化改性cau-1、混合基质膜及制备方法和应用。
技术介绍
1、二氧化碳的过度排放不仅会导致海洋酸化和温室效应等环境危机，同样影响到人类的经济发展。由于二氧化碳排放造成全球气温升高，从而影响农业、采矿业、建筑业等行业的劳动生产，全球每年因劳动生产率下降造成的损失占全球gdp的2％。有效去除因化石燃料燃烧和工业生产所产生的二氧化碳对于缓解全球变暖和维持可持续的碳中和社会至关重要。到目前为止，已经研究了许多气体分离技术来捕获co2，即变压吸附、水合体系、低温精馏和膜分离。膜分离技术因具有体积小、能效高、对环境影响小等优点，受到人们越来越多的关注。
2、混合基质膜结合了无机膜和聚合物膜的优点。含氨基的聚合物膜中的氨基载体可以与co 2发生可逆的化学反应，从而促进co2在膜中的传递，在co2分离中展现出良好的应用前景。但由于含氨基的聚合物其规则的链段和高结晶度，使得制备的膜的自由体积小并表现出较高的传质阻力限制了co2在膜中的促进传递效果。适合的无机填料在聚合物基质中的分散性和界面相容性对于混合基质膜的分离性能有较大的影响。无机填料分散均匀且界面相容性良好的混合基质膜理论上具有较好的分离性能[chemical communications 49(2013)8513-8515]。
3、cau-1具有优异的热稳定性，及丰富的氨基和羧基官能团，同时其三维微孔框架具有小的三角形窗口，自由孔径为0.3～0.4nm，合适的孔径有利于co2的分离。但由于纳米级的cau-1在聚合基质中的分
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种掺杂磺酸化改性cau-1纳米材料的混合基质膜制备及应用。目的是通过磺酸化改性cau-1，带负电荷的磺酸基团在cau-1表面引起的相互排斥，使得填料在聚合物基质中均匀分散，同时磺酸基团的引入也有利于提高填料与聚合物基质之间的界面相容性，提高co2分子在膜中的渗透性和选择性。
2、基于此，本专利技术的第一方面提供了一种磺酸化改性cau-1的制备方法，包括以下步骤：
3、将磺酸内酯溶解于溶剂b中得到溶液c，其质量浓度为100g/l-200g/l；将cau-1分散在溶液c中得到分散液d，所述cau-1与所述磺酸内酯的质量比为1：(1-10)；将所述分散液d在10℃-40℃的条件下搅拌8h-24h进行磺酸化改性反应，得到产物e；将所述产物e于5000rpm-10000rpm的转速条件下离心3min-20min，然后用二氯甲烷和乙醇各洗涤三次后，于20℃-80℃的条件下干燥12h-48h，得到所述磺酸化改性cau-1。
4、在一些实施方案中，所述cau-1的制备方法包括以下步骤：将六水合氯化铝和2-氨基对苯二甲酸溶解在甲醇溶液中得到溶液a，其中，六水合氯化铝和2-氨基对苯二甲酸的摩尔比为(2-4)：1；六水合氯化铝和2-氨基对苯二甲酸在所述溶液a中的总质量浓度为30g/l-60g/l；将所述溶液a于100℃-200℃的条件下反应12h-24h，然后冷却至25℃，将产物于5000rpm-10000rpm的条件下离心3min-20min，然后用水洗涤三次后，于20℃-100℃的条件下干燥12h-48h，得到所述cau-1。
5、其中，所述磺酸内酯为1,3-丙烷磺内酯、2,4-丁烷磺内酯、1,4-丁磺酸内酯和丙烯基-1,3-磺酸内酯中的一种；和/或，所述溶剂b为二氯甲烷、甲醇或丙酮。
6、本专利技术的第二方面提供了一种上述制备方法制得的磺酸化改性cau-1。
7、本专利技术的第三方面提供了一种由上述磺酸化改性cau-1制得的一种掺杂磺酸化改性ca u-1纳米材料混合基质膜。
8、本专利技术的第四方面提供了一种上述掺杂磺酸化改性cau-1纳米材料混合基质膜的制备方法，包括以下步骤：
9、将聚合物基质和所述磺酸化改性cau-1加入至制膜溶剂中，混匀后得到铸膜液，将所述铸膜液采用溶液刮涂法于多孔支撑体的表面制备得到所述掺杂磺酸化改性cau-1纳米材料混合基质膜。
10、在一些优选的实施方案中，所述多孔支撑体为亲水改性多孔支撑体，其制备过程如下：将质量分数为0.05％-1％的亲水改性剂的水溶液作为溶液f，将所述溶液f刮涂在多孔支撑体表面，其中，湿膜厚度为30μm-200μm，于25℃-60℃及30％-80％rh条件下干燥2h-4h，得到所述亲水改性多孔支撑体。
11、在一些优选的实施方案中，所述铸膜液的制备过程如下：将所述聚合物基质分散于水中得到溶液g，所述溶液g中的所述聚合物基质的质量分数为0.1％-5％；将所述磺酸化改性cau-1分散在所述溶液g中得到分散液h，其中，所述磺酸化改性cau-1与所述聚合物基质的质量比为(1-15)：100；然后将所述分散液h超声分散1h-24h，得到所述铸膜液。
12、在一些优选的实施方案中，所述多孔支撑体为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯和聚偏四氟乙烯中的一种，截留分子量为3000da-60000 da；所述聚合物基质为聚乙烯胺(pvam)、聚乙烯亚胺(pei)、壳聚糖(cs)中的一种；所述亲水改性剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚吡咯烷酮和聚乙烯亚胺中的一种，分子量为200-50000。
13、本专利技术的第五方面提供了一种上述掺杂磺酸化改性cau-1纳米材料混合基质膜在co2分离领域中的应用。具体是：将混合基质膜用于分离co2/n2，气体渗透性能的测试采用恒压变体积法，扫气采用h2，扫气流速为10ml·min-1-60ml·min-1，进料气流速为10ml·min-1-100ml·min-1，原料侧和渗透侧的流量用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磺酸化改性CAU-1的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述CAU-1的制备方法包括以下步骤：将六水合氯化铝和2-氨基对苯二甲酸溶解在甲醇溶液中得到溶液A，其中，六水合氯化铝和2-氨基对苯二甲酸的摩尔比为(2-4)：1；六水合氯化铝和2-氨基对苯二甲酸在所述溶液A中的总质量浓度为30g/L-60g/L；将所述溶液A于100℃-200℃的条件下反应12h-24h，然后冷却至25℃，将产物于5000rpm-10000rpm的条件下离心3min-20min，然后用水洗涤三次后，于20℃-100℃的条件下干燥12h-48h，得到所述CAU-1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磺酸内酯为1,3-丙烷磺内酯、2,4-丁烷磺内酯、1,4-丁磺酸内酯和丙烯基-1,3-磺酸内酯中的一种；和/或，所述溶剂B为二氯甲烷、甲醇或丙酮。
4.一种磺酸化改性CAU-1，其特征在于，由权利要求1至3任一项所述的制备方法制得。
5.一种掺杂磺酸化改性CAU-1纳米材料混合基质膜，其特征在
6.一种掺杂磺酸化改性CAU-1纳米材料混合基质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述多孔支撑体为亲水改性多孔支撑体，其制备过程如下：将质量分数为0.05％-1％的亲水改性剂的水溶液作为溶液F，将所述溶液F刮涂在多孔支撑体表面，其中，湿膜厚度为30μm-200μm，于25℃-60℃及30％-80％RH条件下干燥2h-4h，得到所述亲水改性多孔支撑体。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述铸膜液的制备过程如下：将所述聚合物基质分散于水中得到溶液G，所述溶液G中的所述聚合物基质的质量分数为0.1％-5％；将所述磺酸化改性CAU-1分散在所述溶液G中得到分散液H，其中，所述磺酸化改性CAU-1与所述聚合物基质的质量比为(1-15)：100；然后将所述分散液H超声分散1h-24h，得到所述铸膜液。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述多孔支撑体为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯和聚偏四氟乙烯中的一种，截留分子量为3000Da-60000 Da；和/或，所述聚合物基质为聚乙烯胺(PVAm)、聚乙烯亚胺(PEI)、壳聚糖(CS)中的一种；和/或，所述亲水改性剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚吡咯烷酮和聚乙烯亚胺中的一种，分子量为200-50000。
10.一种如权利要求5所述的掺杂磺酸化改性CAU-1纳米材料混合基质膜或权利要求6至9任一项所述的制备方法制得的所述掺杂磺酸化改性CAU-1纳米材料混合基质膜在CO2分离领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种磺酸化改性cau-1的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述cau-1的制备方法包括以下步骤：将六水合氯化铝和2-氨基对苯二甲酸溶解在甲醇溶液中得到溶液a，其中，六水合氯化铝和2-氨基对苯二甲酸的摩尔比为(2-4)：1；六水合氯化铝和2-氨基对苯二甲酸在所述溶液a中的总质量浓度为30g/l-60g/l；将所述溶液a于100℃-200℃的条件下反应12h-24h，然后冷却至25℃，将产物于5000rpm-10000rpm的条件下离心3min-20min，然后用水洗涤三次后，于20℃-100℃的条件下干燥12h-48h，得到所述cau-1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磺酸内酯为1,3-丙烷磺内酯、2,4-丁烷磺内酯、1,4-丁磺酸内酯和丙烯基-1,3-磺酸内酯中的一种；和/或，所述溶剂b为二氯甲烷、甲醇或丙酮。
4.一种磺酸化改性cau-1，其特征在于，由权利要求1至3任一项所述的制备方法制得。
5.一种掺杂磺酸化改性cau-1纳米材料混合基质膜，其特征在于，由权利要求4所述的磺酸化改性cau-1制得。
6.一种掺杂磺酸化改性cau-1纳米材料混合基质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓志，都基铭，薛毅，
申请(专利权)人：广东高创园科技孵化有限公司，
类型：发明
国别省市：
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