[发明专利]一种光响应性聚合物-共价有机骨架共混膜的制备及应用

说明书

本发明提供了一种光响应性聚合物‑共价有机骨架共混膜，应用于SO₂的分离。将对氨基偶氮苯(pAAB)和共价有机骨架(COF‑TpPa‑1)纳米片材料通过物理共混法引入到高分子基质中，制备混合基质膜。共价有机骨架纳米片水稳定性较好，耐酸耐碱，满足酸性气体脱硫的条件。对氨基偶氮苯(pAAB)具有光活性的偶氮基团，光活性的偶氮基团可发生光异构化，使pAAB中的偶氮基团发生顺‑反异构化且含有的‑N＝N‑基团作为碱性位点可促进SO₂传递。聚合物‑偶氮负载共价有机骨架共混膜在光照条件不同的情况下进行吸附‑脱附的过程，将其引入到高分子膜中，促进SO₂的传递，提高混合基质膜的选择性，从而提高SO₂分离效率。

技术领域

本发明涉及膜吸收技术领域，主要涉及一种光响应性聚合物-有共价机骨架共混膜的制备和应用。

技术背景

随着全球工业的快速发展，人类所面临的环境问题愈来愈多。长期以来，由于中国能源消耗都是以煤炭为主，燃烧会产生大量的SO₂，使中国成为全球的SO₂排放大国。过量的SO₂排放至大气中会直接导致严重的酸雨灾害，酸雨和二氧化硫污染会对农业、林业和渔业、人民健康这些与人民生活水平息息相关的方面造成重大的影响，这已严重地制约我国经济和社会的发展。因此，包括中国在内的世界上的大多数工业国家亟需找到一种有效、经济的方式回收过量排放的SO₂。

膜分离技术是二十世纪后半叶迅速崛起的一种经济、高效的分离技术。其具有能耗低、占地面积小、操作方便等引人注目的优势。膜分离技术同时具有反应条件温和、无相变、无第三组分引入的优点，使其成为了代替传统的分离技术的可能。膜法烟气脱硫技术是气体吸收技术与膜分离技术相结合的一种新型脱硫技术，其分离过程无副产品和废弃物产生，且维护简单、工艺简洁，有望大幅降低投资和运行费用，具有极大的经济潜力。

共价有机骨架材料由碳、氢、氧、氮等轻质元素通过强共价键构筑而成的一种新型多孔晶体材料。由于其优异的耐酸、耐碱、热稳定性，高的孔隙率及较低的骨架密度，使其在气体储存和分离领域有着可观的应用前景，引起了众多科研工作者的研究兴趣。

发明内容

综上，本发明的目的在于提供一种具有光响应性聚合物-共价有机骨架共混膜的制备及应用。本发明以分离SO₂为目标，共价有机骨架(COF)与嵌段聚醚酰胺树脂(Pebax1657)共混制备共混膜，通过强化对SO₂气体分子的溶解-扩散机制，实现高效SO₂/N₂气体分离。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种光响应性聚合物-共价有机骨架共混膜，所述的一种光响应性聚合物-共价有机共混膜由Pebax 1657高分子基质膜和填充于该基质膜的共价有机骨架材料和对氨基偶氮苯(pAAB)高分子材料组成，所述的共价有机骨架材料(即为共价有机骨架COF-TpPa-1)为具有高比表面积二维纳米片材料，偶氮基团在有机骨架材料内起增强二氧化硫吸附作用。

优选地，所述的光响应性共价有机骨架材料的粒径优选为100～300nm。

优选地，所述的一种光响应性聚合物-共价有机骨架共混膜中聚合物(Pebax-1657)、乙醇和超纯水质量比为(1～8)∶(64～69)∶(28～30)。

优选地，所述的光响应性聚合物-金属有机骨架共混膜中对氨基偶氮苯、TpPa-1纳米片与Pebax的质量比为(12～13)∶(12～13)∶(74～76)。

优选地，所述的光响应性聚合物-共价有机骨架共混膜的形式为平板膜。

本发明还提供了上述技术方案所述光响应性聚合物-共价有机骨架共混膜的制备方法，步骤如下：