[实用新型]一种沸石咪唑类金属有机骨架气体分离膜

说明书

技术领域

本实用新型属于气体分离领域，具体涉及一种沸石咪唑类金属有机骨架气体分离膜。

背景技术

随着工业化进程的加快，CO₂的大量排放已严重威胁到人类健康。因此，CO₂的减排回收已成为人类社会面临的最为迫切需要解决的问题之一。目前，采用膜分离技术捕获CO₂具有无二次污染、可连续性操作、能耗低、效率高和操作简便等优势，被认为是从工业尾气中捕获CO₂最为有效的方法之一。近年来，ZIF-9材料应运而生成为一类很有研究潜力和发展前途的CO₂分离和捕获材料，并日益受到全球范围的极大关注。

ZIF-9材料的英文全称是zeoliticimidazolateframework-9，中文叫做沸石咪唑类骨架材料，它是金属有机骨架材料的一种，ZIF-9后缀的数字代表不同的材料。ZIF-9表现出对二氧化碳气体的高通量和高选择性，这种特性对节能减排，尤其是减少二氧化碳排放方面有着广泛的应用。

尽管ZIF-9膜优点较多，但同时具有较高的选择性和较大的渗透通量，并且晶间致密、晶粒生长均匀、内部结构完好的高选择性的膜仍然是一个难题。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型提供了一种沸石咪唑类金属有机骨架气体分离膜，首先在多孔α-Al₂O₃载体上溶剂热法合成ZIF-9膜，并将1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(1-butyl-3-methylimidazoliumbis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide)，([BMIM]Tf2N)修饰过的碳纳米管运用层层沉积热处理的方法填充到ZIF-9膜的晶粒之上，使得其在ZIF-9膜上方形成稳定、连续、均一的CNT-IL层，离子液体修饰后的碳纳米管和ZIF-9膜强有力的结合在一起，使得其同时具有了离子液体和碳纳米管的优点，增加了CO₂的溶解度。此复合膜对于H₂和CO₂能显示出较强的分离性质。

本实用新型所采用的技术方案为：一种沸石咪唑类金属有机骨架气体分离膜，所述沸石咪唑类金属有机骨架气体分离膜的表面覆盖有纳米管层。

ZIF-9膜为沸石咪唑类金属有机骨架气体分离膜的简称。为表述方便，以下均使用ZIF-9膜代替沸石咪唑类金属有机骨架气体分离膜。

优选的，所述纳米管层为碳纳米管层。表面覆盖有碳纳米管层的ZIF-9膜被称为ZIF-9@CNT膜。

优选的，所述碳纳米管上附着有离子液体。表面覆盖有含离子液体碳纳米管层的ZIF-9膜被为ZIF-9@CNT-IL膜

优选的，所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐。

CNTs或者CNT为碳纳米管的缩写，IL为离子液体IonicLiquid的缩写，CNTs-IL或者CNT-IL的意思为经过离子液体处理过的碳纳米管。

一种ZIF-9膜的制备方法，包括以下步骤：

1、α-Al₂O₃基片的制备：将多孔α-Al₂O₃基片的一面用砂纸打磨至光滑，然后将多孔α-Al₂O₃基片在氢氧化钠溶液中浸泡24小时，经过超声、水煮至其为中性，再用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)与其偶联。得到修饰后的α-Al₂O₃基片。

2、ZIF-9膜的合成：将重量比为1:2的六水合硝酸钴和苯并咪唑加入到反应釜中，并加入DMF，将修饰后的α-Al₂O₃基片垂直放入反应釜中，升温至110℃，反应72小时。ZIF-9膜成功的在α-Al₂O₃基片上长出。

3、CNT-IL溶液的制备：将CNTs加入到等体积的混合酸中，加热搅拌24小时，然后将酸化后的CNTs进行稀释、过滤、超声处理，至其pH在7左右，并真空干燥。将干燥的CNTs和的离子液体，放入乙醇中超声一小时，其中，CNTs：离子液体：乙醇的重量比为1:2:160，在超声处理后，在65℃氮气气氛保护下搅拌24小时，CNTs修饰完毕，得到CNT-IL的乙醇溶液中。