[发明专利]一种CoIPA/PVDF中空纤维膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种CoIPA/PVDF中空纤维膜及其制备方法与应用。所述的制备方法为：将PVDF中空纤维膜置于去离子水中，超声洗涤后，浸渍于2～5mol/L氢氧化钠溶液中，在80～150℃条件下加热2～5h，然后将所述的PVDF中空纤维膜取出置于2～5mol/L盐酸溶液中浸泡2～5h，得到改性的PVDF中空纤维膜；将间苯二甲酸和乙酸钴溶于甲醇溶液中，超声均匀后得到混合液，将所述的混合液倒入高压反应釜中，再将改性后的PVDF中空纤维膜垂直放置于反应釜中完全浸渍于混合液中，在120～180℃条件下反应12～48h，反应完成后，将处理后的PVDF中空纤维膜取出，洗涤干燥得到CoIPA/PVDF中空纤维膜。本发明所述的CoIPA/PVDF中空纤维膜对于乙烯/乙烷、H₂/CO₂、H₂/CH₄等气体具有良好的选择性。

(一)技术领域

本发明涉及一种方法简单、条件温和的CoIPA/PVDF中空纤维膜及其制备方法与应用，属于气体分离技术领域。

(二)背景技术

膜分离作为一种重要的化工分离手段，在气体、水处理、溶剂纯化等方面得到了广泛的应用。金属有机骨架作为一种新的由金属离子或者金属簇中心与有机配体配位形成的多孔材料，金属有机骨架材料(MOFs)近年来得到了大量的关注。由于金属节点和配体的丰富多样性，MOFs具有各种各样的特点，如多样性的结构、巨大的比表面积、优异的吸附性能、规整的孔道等。这些特点使其在气体吸附储存、催化药物缓释、清洁能源生产、电池材料合成以及检测器组装等方面具有巨大的研究和应用价值。MOF膜，由于其能突破分离中存在的Robeson上限，在近年来受到越来越多的关注。各种各样的材料被用作基底以制备连续的MOF膜，其中无机材料如金属网、陶瓷等基底为绝大所数研究所采用。而相比于高温合成的无机物基底，聚合物基底在造价、可加工性以及单位体积的表面积等方面有着无可比拟的优势，因此以聚合物作为基底将会很大程度上促进MOF膜的工业化分离应用。

在MOF聚合物膜形成过程中，基底材料的表面物化性质决定着表面的异相成核位点，进而控制MOF晶体的优先生长过程。然而，在MOF聚合物膜合成过程中，不可避免的存在覆盖率、粘附性、抗压性、耐溶剂性和溶胀性等问题。

(三)发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种CoIPA/PVDF中空纤维膜及其制备方法以及其在气体分离中的应用，通过先将聚偏氟乙烯中空纤维膜基底进行改性，利用水热法再在膜表面生成一层CoIPA材料，以得到CoIPA/PVDF中空纤维膜。

本发明的技术方案如下：

一种CoIPA/PVDF中空纤维膜，具体按照如下方法制备得到：

(1)将PVDF中空纤维膜置于去离子水中，超声洗涤后，浸渍于2～5mol/L氢氧化钠溶液中，在80～150℃条件下加热2～5h，然后将所述的PVDF中空纤维膜取出置于2～5mol/L盐酸溶液中浸泡2～5h，得到改性的PVDF中空纤维膜；

(2)将间苯二甲酸和乙酸钴溶于甲醇溶液中，超声均匀后得到混合液，将所述的混合液倒入高压反应釜中，再将改性后的PVDF中空纤维膜垂直放置于反应釜中完全浸渍于混合液中，在120～180℃条件下反应12～48h，反应完成后，将处理后的PVDF中空纤维膜取出，洗涤干燥得到CoIPA/PVDF中空纤维膜；所述的间苯二甲酸和乙酸钴的质量比为0.5～1.5:1，所述甲醇溶剂的体积用量以间苯二甲酸的质量计为15～50mL/g。

进一步，步骤(2)中，所述的洗涤干燥过程为：用甲醇洗涤所述的PVDF中空纤维膜以去除表面多余残液，然后在60℃真空干燥箱中干燥，得到CoIPA/PVDF中空纤维膜。

本发明所述的CoIPA/PVDF中空纤维膜对于乙烯/乙烷、H₂/CO₂、H₂/CH₄等气体具有良好的选择性。