[发明专利]一种亲水性多孔薄膜、其制备方法与应用

说明书

本发明提出了一种亲水性多孔薄膜及其制备方法。该亲水性多孔薄膜材料是MOF、分子筛或者以有机硅作为母体，将MOF掺杂到有机硅中形成的MOF‑有机硅；并且所述亲水性多孔薄膜以多孔材料为支撑载体。该亲水性多孔薄膜表现出较高亲水性和水渗透通量，具有良好的亲水除湿性能，可作为除湿膜应用于气体分离、纯化以及空气除湿等领域。

技术领域

本发明属于薄膜材料以及空气除湿技术领域，尤其涉及一种亲水性多孔薄膜、其制备方法与应用

背景技术

空气除湿技术在电力、工业生产、医疗卫生、日常生活中有着广泛的应用。例如：电力系统中的变电站、变电箱，工业生产中的气动阀门、自动化仪表的动力源，化工、医药产品包装线的保护气等都应该是干燥的空气，以防止水蒸气在较低温度下凝结，造成生产事故。另外，日常生活中的图书馆、博物馆等场所也需要将空气的湿度控制在一定的范围内。

传统的除湿技术包括分子筛吸附法、可溶性盐吸收法、冷冻干燥法等。分子筛吸附法的产气露点低(-40℃)，但是需要再生，操作繁琐。可溶性盐吸收法需要定时添加盐，且盐溶液的排放会污染环境。冷冻干燥法的设备复杂，能耗高，产气露点高。

膜法除湿是近年兴起的除湿技术之一，具有节能、无污染、设备简单、产品气露点低等特点，因此与传统的除湿技术相比具有明显的优势。该方法中，根据膜材料膜可分为无机膜、有机膜。有机膜具有良好的亲水性以及气体筛分性能，但是其通量往往很低，而且使用过程中需要的压力也较高，这对于设备的要求较高。相比之下，无机膜具有通量高，耐高温、耐有机溶剂、耐酸碱、抗微生物侵蚀，以及刚性及机械强度良好等优点，在膜分离领域具有很好的应用。因此，膜法除湿时优选无机膜进行除湿。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供一种亲水性多孔薄膜，该薄膜具有良好的亲水除湿性能，可作为除湿膜应用。

本发明提供的技术方案为：一种亲水性多孔薄膜，其特征是：所述亲水性多孔薄膜材料是MOF，或者是分子筛，或者是以有机硅作为母体，将MOF掺杂到有机硅中形成的MOF-有机硅；并且，所述亲水性多孔薄膜以多孔材料为支撑载体。

并且所述亲水性多孔薄膜以多孔材料为支撑载体。

金属有机骨架材料(Metal-OrganicFrameworks，简称MOF)，是指过渡金属离子与有机配体通过自组装形成的具有周期性网络结构的晶体多孔材料，具有高孔隙率、低密度、大比表面积、孔道规则、孔径可调以及拓扑结构多样性和可裁剪性等优点。所述的MOF材料不限，包括CAU-1、NH₂-MIL-53、ZIF-8中的一种或者几种。

分子筛是一种人工合成的具有筛选分子作用的水合硅铝酸盐(泡沸石)或天然沸石，包括T型分子筛、4A型分子筛与3A型分子筛中的一种或者几种。

所述的支撑载体为多孔材料，具体材料不限，包括多孔α-Al₂O₃陶瓷材料与多孔氧化物材料等。所述的支撑载体的结构形式不限，包括管状结构、片状结构等。

本发明还提供了一种制备上述亲水性多孔薄膜的方法。具体是：将亲水性多孔材料均匀分散到溶剂中得到溶液；将所述溶液涂覆在所述支撑载体上，干燥后得到亲水性多孔薄膜；或者，通过浸渍提拉在所述支撑载体上引入溶液，干燥后得到亲水性多孔薄膜。

所述亲水性多孔材料的制备方法不限，包括溶剂热法合成等。

作为优选，所述亲水性多孔材料的粒径为20nm～1000nm。

作为优选，所述溶液中，亲水性多孔材料的质量分数为1～20％。

与现有技术相比，本发明采用MOF或者分子筛，以多孔材料为支撑载体形成亲水性多孔薄膜，具有如下有益效果：