[发明专利]一种多孔粒子MCM-41-ZIF-8/PDMS渗透汽化杂化膜、制备与应用

说明书

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，特别涉及在介孔分子筛MCM-41表面原位生长金属有机框架材料ZIF-8及其渗透汽化优先透醇杂化膜的制备及应用。

背景技术

目前，优先透醇膜技术仍是渗透汽化领域的研究重点之一，因有机膜与无机膜具有不可避免的缺点，制备有机-无机杂化膜是当前渗透汽化膜领域的发展趋势。许多学者将疏水改性后的Zeolite、Silicalite、碳纳米管等无机粒子与有机聚合物共混制备杂化膜，研究发现，填充无机粒子可以有效改善膜的分离性能，尤其是膜的选择性有了较大的提高。但由于单一孔径无机粒子自身的结构特性，不能同时提高杂化膜的渗透通量与分离因子，使两者之间呈现出Trade-off现象。因此，合成一种包含介孔与微孔的多种孔径的杂化粒子，成为制备具有较好选择性和较高渗透通量的有机-无机杂化膜的关键。

ZIF-8是一种常见的金属有机框架（MOF）材料，其化学式为Zn[MelM]2(MelM=2-甲基咪唑)，具有比表面积大、合成简单且迅速、化学结构灵活以及超疏水等优点。由于ZIF-8晶体中含有四面体ZnN4晶格，并且这些晶格由2-甲基咪唑环连接，使其对醇类具有较好的吸附性。

但是目前还没有公开MCM-41与ZIF-8复合/PDMS优先透醇杂化膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔粒子MCM-41-ZIF-8/PDMS优先透醇杂化膜及制备，进一步提高有机/无机杂化复合膜的综合性能。

一种多孔粒子MCM-41-ZIF-8/PDMS渗透汽化杂化膜，其特征在于，所述的渗透汽化杂化膜中MCM-41-ZIF-8为介孔分子筛MCM-41的表面通过羟基（-OH）键合Zn2+原位生长ZIF-8合成的多孔粒子MCM-41-ZIF-8，多孔粒子MCM-41-ZIF-8/PDMS渗透汽化杂化膜为硅烷偶联剂改性后的MCM-41-ZIF-8与PDMS杂化所得的多孔粒子MCM-41-ZIF-8/PDMS渗透汽化杂化膜。

一种多孔粒子MCM-41-ZIF-8/PDMS渗透汽化杂化膜的制备与应用，其特征在于，包括以下步骤：

（1）多孔粒子MCM-41-ZIF-8的合成以及改性方法：①称取介孔分子筛MCM-41浸泡于含有Zn（NO₃）₂·6H₂O的甲醇中，抽真空条件下室温搅拌10-30min,离心，甲醇清洗3-4次,此过程重复3-4次，得产物①；②将产物①浸泡于含有2-甲基咪唑的甲醇中，室温搅拌0.5-1h，离心，甲醇清洗2-3次，乙醇离心清洗3-4次；③将步骤②的产物分散在正庚烷中，向悬浮液中滴加硅烷偶联剂，室温反应8-12h,离心，正庚烷清洗2-3次，干燥，研磨，待用；

（2）聚砜膜的处理方法：将工业化聚砜（PSf）膜用去离子水清洗后，置于乙醇质量含量为30wt.%的乙醇/水溶液中浸泡12-24h，取出，烘干，再置于去离子水浸泡6-24h,待用；

（3）有机/无机杂化复合膜的制备：首先，将PDMS溶于有机溶剂中，搅拌1-2h，然后加入步骤（1）所得疏水改性多孔粒子MCM-41-ZIF-8，其中疏水改性多孔粒子MCM-41-ZIF-8与PDMS的质量比例为1:20-3:10，超声分散得到悬浮液，将交联剂、催化剂滴加到以上配制的悬浮液中，搅拌均匀得铸膜液，其中PDMS、交联剂、催化剂的质量比优选为（1-3）:（0.1-0.5）:（0.005-0.02）；利用涂覆法将铸膜液复合至经步骤（2）预处理的基膜上，置于干燥的空气中自然晾干，在90℃的烘箱中干燥8-12h。

步骤（1）中含有Zn（NO₃）₂·6H₂O的甲醇优选每2.9g Zn（NO₃）₂·6H₂O对应200ml甲醇。

硅氮烷偶联剂优选为1,1,3,3-四甲基二硅氮烷、1,3-二正辛基四甲基硅氮烷中的任意一种。

步骤（1）中所述的多孔粒子MCM-41-ZIF-8与硅烷偶联剂的质量比优选为1:0.5-1:2之间。

步骤（3）中所述的PDMS的黏度优选在3000mPa·S-10000mPa·S之间。

步骤（3）中所述的有机溶剂优选为甲苯、氯苯、正庚烷的任意一种。

步骤（3）中所述的交联剂优选为正硅酸乙酯和辛基三甲氧基硅烷中的任意一种。

步骤（3）中所述的催化剂优选为二丁基锡月桂酸。

本发明的杂化膜用于醇水的分离。