[发明专利]一种离子掺杂的纤维素气体分离膜的制备方法及纤维素气体分离膜

说明书

本发明公开了一种离子掺杂的纤维素气体分离膜的制备方法及纤维素气体分离膜，其包括，配制金属盐溶液：配制ZnCl₂及无机金属盐混合水溶液；配制纤维素溶液：将纤维素原料溶解在配制的金属盐溶液中，加热；刮膜、凝固：真空脱泡后在基板上刮膜形成溶液层，凝固浴浸泡。本发明制备的再生纤维素膜用于CO₂/O₂、CO₂/N₂分离，对CO₂/N₂的分离因子达到30以上，CO₂/O₂的分离因子达到100以上。本发明利用在含金属离子的盐溶液溶解纤维素的同时实现了离子的负载，离子与纤维素之间存在配位键，离子含量高、分布均匀、稳定。

技术领域

本发明属于纤维素膜制备技术领域，具体涉及一种离子掺杂的纤维素气体分离膜的制备方法及纤维素气体分离膜。

背景技术

以CO₂为主的温室气体的大量排放导致温室效应加剧，造成全球变暖，已成为全球最关注的环境问题之一。因此，CO₂的分离回收成为大家关注的焦点。现有的膜分离方法凭借成本低、效率高、工艺简单和可靠性高等优点应用十分广泛，膜技术用于CO₂/CH₄和CO₂/N₂分离已有30多年的历史。虽然金属离子可以作为促进CO₂运输的载体，然而，以简单和可控的方式实现膜内高负载的金属离子仍然是一个巨大的挑战。

在各种分离膜材料中，高分子材料占主导地位，各种用于CO₂选择性分离的高分子气体分离膜材料被研究报道，但高分子膜多存在生产工艺复杂、成本较高等缺点，并且其渗透性能和选择性能存在此消彼长的制约关系。因此，制备低成本、绿色环保且兼备高渗透性和高选择性的高分子膜材料是气体分离膜材料的发展方向。

纤维素是自然界储量最丰富的天然高分子，具有可再生、易于改性及生物相容性好等优点，纤维素及其衍生物是迄今最重要、应用最广的一类膜分离材料。纤维素膜材料一般是通过纤维素的衍生化反应等方式来制备。衍生化反应是通过与纤维素分子结构上的羟基进行氧化、交联、醚化、酯化和接枝共聚等反应对纤维素进行溶解改性制膜，乙基纤维素、甲基纤维素、醋酸纤维素等材料相继得到研究和开发，然而衍生化反应往往会造成纤维素降解，导致聚合度、结晶度下降，力学性能和耐酸、碱及有机溶剂能力下降，最终直接影响膜性能，限制其应用范围。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

因此，作为本发明其中一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供一种纤维素气体分离膜的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种纤维素气体分离膜的制备方法，其包括，

配制金属盐溶液：配制ZnCl₂及无机金属盐混合水溶液；

配制纤维素溶液：将纤维素原料溶解在配制的金属盐溶液中，加热；

刮膜、凝固：真空脱泡后在基板上刮膜形成溶液层，凝固浴浸泡。

作为本发明所述纤维素气体分离膜的制备方法的一种优选方案：所述配制金属盐溶液，包括，配制质量浓度为55％～75％的ZnCl₂、质量浓度为1～10％的无机金属盐水溶液。

作为本发明所述纤维素气体分离膜的制备方法的一种优选方案：所述纤维素原料聚合度在200～2000范围，所述纤维素原料包括棉短绒、微晶纤维素、棉浆柏、木浆柏、竹浆柏、脱脂棉、甘蔗渣以及从植物秸秆中制得的纤维素中的一种或几种。