[发明专利]具备光响应性金属有机骨架填充混合基质膜的制备与应用

说明书

本发明提供了光响应性金属有机骨架混合基质膜，属于膜分离技术领域。所述光响应性金属有机骨架(CE‑Azo‑Uio‑66)与高分子通过物理共混制备混合基质膜，引入的CE‑Azo‑Uio‑66为多孔材料，其水稳定性较好，耐酸耐碱，满足膜脱硫的条件。CE‑Azo‑Uio‑66具有光活性的偶氮基团和冠醚基团，偶氮基团可发生光异构化，使CE‑Azo‑Uio‑66中的偶氮基团发生顺‑反异构化且‑N＝N‑基团作为碱性位点可促进SO₂传递；冠醚基团为SO₂提供更多的传递位点，可提升混合基质膜的选择性。光响应性金属有机骨架混合基质膜在光照条件不同的情况下进行吸附‑脱附过程，将其引入到高分子膜中，可促进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金属有机骨架混合基质膜的制备和应用。

技术背景

随着世界工业化进程的加深，全球所面临的环境问题日益严峻。长期以来，中国都是以煤炭为主要能源消耗，导致中国的SO₂排放量位居世界前列。大气中过量的二氧化硫会造成严重的酸雨污染，酸雨和二氧化硫污染造成农作物、森林和人民健康等方面的危害，这已成为制约我国经济和社会发展的重要因素。因此，通过有效、经济的方式回收过量的SO₂是中国所急需解决的重要环境问题。

膜分离技术是一种新兴、高效的分离技术，具有工艺简单，能耗低，操作方便，易于放大的显著优势。同时，膜分离技术由于其反应条件温和、无相变、无第三组分引入的优点，使其有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，其分离过程不产生副产品和废弃物，且维护方便、工艺简单，可减少投资和运行费用，经济潜力巨大。

金属有机骨架材料是由金属离子或其络合物与多功能有机配体通过配位聚合组装而成的一种新型多孔吸附材料，被广泛应用于气体储存、分离和催化领域。其中Uio(University of Oslo)系列，以锆(Zr)为金属离子簇，与作为桥接配体的1，4-对苯二甲酸反应而成的一种新型多孔骨架材料，具有非常良好的热稳定性、化学稳定性和明显的刚性骨架结构，且性能可调，引起了膜分离领域研究人员的兴趣。

发明内容

综上，本发明的目的在于提供一种具有光响应性金属有机骨架混合基质膜的制备及应用。本发明以分离SO₂为目标，将金属有机骨架(MOF)与嵌段聚醚酰胺树脂(Pebax1657)高分子基质共混制备混合基质膜，通过强化对SO₂气体分子的溶解-扩散机制，实现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：

一种光响应性金属有机骨架填充混合基质膜，所述的一种光响应性金属有机骨架填充混合基质膜由Pebax 1657高分子基质膜和填充于该基质膜的金属有机骨架材料组成，所述的金属有机骨架材料(即为金属有机骨架CE-Uio-66-NH₂)为具有高比表面积和高孔隙率的多孔骨架材料，偶氮基团在金属有机骨架材料内起增强二氧化硫吸附作用，同时使金属有机骨架具备光响应特性。

优选地，所述的光响应性金属有机骨架材料的粒径优选为200nm～1μm。

优选地，所述的一种光响应性金属有机骨架填充混合基质膜中聚合物(嵌段聚醚酰胺)、乙醇和超纯水质量比为(1～8)∶(64～69)∶(28～30)。

优选地，所述的光响应性金属有机骨架填充混合基质膜中CE-Azo-Uio-66与嵌段聚醚酰胺的质量比为(1.1～6.8)∶(0.23～1.8)。

优选地，所述的光响应性金属有机骨架填充混合基质膜的形式为平板膜。

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