[发明专利]一种双组分纳米添加剂构建的树状结构的混合基质膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种双组分纳米添加剂构建的树状结构的混合基质膜，其特征在于：双组分添加剂为碳纳米管和ZIF-8；该混合基质膜的聚合物膜材料为嵌段共聚物聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、聚醚嵌段酰胺、聚二甲基硅氧烷、聚三甲基硅烷丙炔、壳聚糖、醋酸纤维素中的一种，填料为ZIF-8接枝改性的碳纳米管；采用刮涂法制备出掺杂ZIF-8接枝改性碳纳米管的混合基质膜；

所述的双组分纳米添加剂构建的树状结构的混合基质膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）ZIF-8改性材料的制备

将 ZIF-8添加至甲苯中配成质量百分含量为0.5～1%的分散液，在20～50 KHz的频率，20～70℃的温度下超声0.5～6 h分散均匀，然后将分散液倒入三口烧瓶中，向其中加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，在50～150℃下回流3～60 h；将三口烧瓶的下层沉淀用甲苯清洗3次后，置于25～40℃真空烘箱中干燥12～48 h，再置于40～100℃的真空烘箱中干燥12～48h，得到3-氨丙基三乙氧基硅烷改性的ZIF-8；

（2）ZIF-8接枝改性碳纳米管的制备

将碳纳米管加入浓硫酸中，在20～50 KHz的频率、20～70℃的温度下超声分散0.5～6h，再加入浓硝酸，继续超声0.5～6 h，得到分散液；然后将该分散液加入三口烧瓶中，在50～120℃下回流反应3～15 h；将三口烧瓶的下层沉淀用去离子水稀释并抽滤，反复洗涤至中性，置于25～100℃的真空烘箱中干燥12～48 h，得到羟基化碳纳米管；

将3-氨丙基三乙氧基硅烷改性的ZIF-8、羟基化碳纳米管和甲醇混合，在20～50 KHz的频率、20～70℃的温度下超声0.5～6 h分散均匀，然后加入三口烧瓶中，在50～100℃下回流反应3～15 h；将三口烧瓶中的下层沉淀用甲醇清洗三次，置于25～80℃的真空烘箱中干燥12～48 h，得到ZIF-8接枝改性碳纳米管；

（3）掺杂ZIF-8接枝改性碳纳米管的混合基质膜的制备

将聚合物膜材料加入溶剂中，保证聚合物膜材料的质量百分含量为2%～15%，采用磁力搅拌器在温度范围为20～80℃，转速范围为100～2000 rpm时，机械搅拌2～24 h至聚合物完全溶解，得到聚合物溶液；将ZIF-8接枝改性碳纳米管添加至聚合物溶液中，保证ZIF-8接枝改性碳纳米管相对于聚合物膜材料的质量百分含量为0.1～5%，采用磁力搅拌器在温度范围为20～80℃，转速范围为100～2000 rpm，搅拌2～24 h，再静置脱泡12～48 h，得到铸膜液；用刮刀将铸膜液D均匀地刮在玻璃板上，控制湿膜的厚度为300～1500μm，然后将玻璃板放置在25～40℃的真空烘箱中真空干燥12～48 h，再在40～80℃的真空烘箱中干燥12～48 h；将去除溶剂后的膜从玻璃板揭下，妥善保管待用。

2.根据权利要求1所述的双组分纳米添加剂构建的树状结构的混合基质膜，其特征在于：步骤（1）中，3-氨丙基三乙氧基硅烷与ZIF-8的质量比为（0.5～30）：（0.5～10）。

3.根据权利要求1所述的双组分纳米添加剂构建的树状结构的混合基质膜，其特征在于：步骤（2）中，碳纳米管、浓硫酸和浓硝酸的质量比为（0.5～5）：（50～200）：（50～200）；3-氨丙基三乙氧基硅烷改性的ZIF-8，羟基化碳纳米管和甲醇的质量比为（0.5～15）：（0.5～5）：（20～100）。

4.根据权利要求1所述的双组分纳米添加剂构建的树状结构的混合基质膜，其特征在于：所述的ZIF-8粒径为20～200 nm；制备步骤如下：

将六水合硝酸锌溶解于甲醇中配成浓度为0.01～0.15 mol/L的溶液，再将2-甲基咪唑溶解在甲醇溶液中配成浓度为0.01～6 mol/L的溶液，分别静置0.5～6 h，得到六水合硝酸锌的甲醇溶液和2-甲基咪唑的甲醇溶液；然后将两种溶液一起加入三口烧瓶中，在20～100℃下搅拌10～48 h，使其发生化学反应；对所得溶液在6000～15000 rpm的转速下离心10～120 min，离心管中的下层沉淀用甲醇洗三次后，放置在50～100℃真空烘箱中干燥10～24h，即得白色的ZIF-8粉末；其中，六水合硝酸锌、2-甲基咪唑的摩尔比为（1～15）：（1～600）。