[发明专利]一种掺杂沸石咪唑酯骨架多孔碳纳米材料的有机-无机混合基质膜的制备方法及应用

权利要求书

1.一种掺杂沸石咪唑酯骨架多孔碳纳米材料的有机-无机混合基质膜的制备方法，所述有机-无机混合基质膜由聚合物基质和添加剂组成，聚合物基质为聚醚-聚酰胺嵌段共聚物，添加剂为沸石咪唑酯骨架多孔碳纳米材料，添加剂占混合基质膜的质量百分含量为0.1～10wt%；其特征在于：

首先选用六水合硝酸锌、六水合硝酸镍和2-甲基咪唑为原料，通过溶剂热法合成镍掺杂的沸石咪唑酯材料；然后将其作为前驱体，在700~1000°C下高温煅烧制得多孔沸石咪唑酯骨架多孔碳纳米材料；再将该多孔碳纳米材料分散到聚醚-聚酰胺嵌段聚合物溶液中，采用溶剂挥发法制备出掺杂沸石咪唑酯骨架多孔碳纳米材料的有机-无机混合基质膜；所制备的膜为均质致密聚合物膜；

所述制备方法具体包括以下步骤：

步骤一、制备镍掺杂的沸石咪唑酯材料：

将六水合硝酸锌、六水合硝酸镍、2-甲基咪唑分别溶解在甲醇溶液中配制成浓度分别为0.01~0.1mol/L、0.01~0.1mol/L、0.08~12mol/L的溶液，然后分别放入4A分子筛静置6~24h除去多余的水分，得到溶液A：六水合硝酸锌的甲醇溶液、溶液B：六水合硝酸镍的甲醇溶液和溶液C：2-甲基咪唑的甲醇溶液；然后，将溶液A、溶液B和溶液C倒入三口烧瓶中，在20~80ºC下搅拌12~48h发生反应，对所得溶液在8000~12000rpm的转速范围内离心10~120min，离心管中的下层沉淀用甲醇洗三次后，放在60~100ºC真空烘箱中干燥12~24h，即得紫色粉末，命名为产物D；

步骤二、制备沸石咪唑酯骨架多孔碳纳米材料：

将步骤一所制备的产物D放入法兰式管式加热炉中，调节N₂流速为10~500mL·min^-1，以1~10°C·min^-1的速率升到700~1000°C，恒温煅烧2~20h，再自然降至室温，得到黑色粉末，命名为产物E；

步骤三、制备铸膜液：

将步骤二所得产物E分散于N，N-二甲基乙酰胺中配成30~200g/L的溶液F，将溶液F在10~50MHz的频率、温度为20~70°C下超声分散0.5~4h后，向其中加入聚醚-聚酰胺嵌段共聚物，再采用磁力搅拌器在转速为100~500rpm、温度为20~90ºC内搅拌12~48h至完全溶解形成均一铸膜液，命名为铸膜液G，并在25°C恒温脱泡12~24h待用；

配制的铸膜液中聚醚-聚酰胺嵌段共聚物的固含量为3~25wt%；

步骤四、制备膜：

将步骤三的铸膜液G在洁净的玻璃板或者聚四氟乙烯板上流延，控制湿膜的厚度为50~500μm，在温度为20~30ºC、湿度在40~60%的恒温干燥箱中使溶剂挥发24~48h，再在40~90ºC的真空干燥箱中干燥24~48h；所得的膜在30~90ºC的鼓风干燥箱中进一步干燥，妥善保管待用。

2.根据权利要求1所述的掺杂沸石咪唑酯骨架多孔碳纳米材料的有机-无机混合基质膜的制备方法，其特征在于：制备混合基质膜时，湿膜厚度控制在50~500μm。

3.根据权利要求1所述的掺杂沸石咪唑酯骨架多孔碳纳米材料的有机-无机混合基质膜的制备方法，其特征在于：步骤一中所述六水合硝酸锌、六水合硝酸镍、2-甲基咪唑的摩尔比为1~10：1~10：8~1200。

4.根据权利要求1所述的掺杂沸石咪唑酯骨架多孔碳纳米材料的有机-无机混合基质膜的制备方法，其特征在于：步骤一中，每100mL甲醇溶液使用5~30g 4A分子筛。

5.根据权利要求1所述的掺杂沸石咪唑酯骨架多孔碳纳米材料的有机-无机混合基质膜的制备方法，其特征在于：所述镍掺杂的沸石咪唑酯材料的粒径为30~48nm。

6.一种权利要求1所述的制备方法制得的掺杂沸石咪唑酯骨架多孔碳纳米材料的有机-无机混合基质膜在分离CO₂气体中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所制得的膜用于分离CO₂/N₂，气体渗透性能的测试采用恒压变体积法，膜渗透的有效面积为1~12.56cm²，扫气采用H₂，扫气流速为10～60mL·min^-1，进料气流速为10～60mL·min^-1，原料侧和渗透侧的流量用流量计测得，渗透侧组分含量用气相色谱测得；测试温度为20~80ºC，压差为0.1～0.8MPa。