[发明专利]一种低温制备ZIF-8分子筛膜的方法

说明书

本发明提供一种低温制备ZIF‑8分子筛膜的方法，具体步骤包括：首先将氧化锌前驱体层修饰的多孔载体和预冷的反应液依次装入反应釜中；随后通过低温反应抑制ZIF‑8在体相中过快的结晶反应，并保证反应液和载体界面处原料供应充分，从而保证载体表面ZIF‑8膜层的可控成核与生长；反应结束后，将反应液温度回升至室温，经过洗涤和干燥得到ZIF‑8分子筛膜。本发明制得的ZIF‑8分子筛膜具有较好的连生性、均匀性和厚度，展现出优异的Csubgt;3/subgt;Hsubgt;6/subgt;/Csubgt;3/subgt;Hsubgt;8/subgt;分离性能与不同操作压力和Csubgt;3/subgt;Hsubgt;6/subgt;分压比条件下分离性能的稳定性。此外，该方法制得的ZIF‑8分子筛膜结构和性能还具有良好的可重复性。总之，本发明为解决ZIF‑8分子筛膜面向Csubgt;3/subgt;Hsubgt;6/subgt;/Csubgt;3/subgt;Hsubgt;8/subgt;工业分离应用中的稳定操作以及规模化生产等难题提供了切实可行的解决方案。

技术领域

本发明属于膜分离领域，具体涉及一种低温制备ZIF-8分子筛膜的方法及其在C₃H₆/C₃H₈气体分离中的应用。

背景技术

C₃H₆作为石油化工中最重要的基本原料之一，是生产合成树脂、合成纤维、合成橡胶及合成洗涤剂、染料等精细化学品及其中间体的重要原材料，是现代化学工业的基石。目前，C₃H₆主要通过原油裂解、丙烷脱氢以及甲醇制烯烃等工艺制备，其中不可避免存在同类烷烃等多种其它组分。为获得聚合级纯度C₃H₆，工业上采用能耗极大的低温精馏技术进行C₃H₆/C₃H₈分离。据统计，仅这一项的能耗就约占全球总能耗的0.3％。因此，开发低能耗高效率的C₃H₆/C₃H₈分离技术被认为是可以改变世界的七项化工分离过程之一。与之相比，膜分离技术作为一种新型分离技术，具有节能高效、操作简单、绿色环保等诸多优点。因此开发面向C₃H₆/C₃H₈分离的膜技术对化工生产过程节能减排、降耗增效具有重要现实意义。

ZIF-8(Zeolitic Imidazolate Framework-8)分子筛膜是目前报道的最具潜力的C₃H₆/C₃H₈分离膜材料，这是由于配体转动导致的骨架柔性使其有效孔径介于C₃H₆和C₃H₈分子的动力学直径之间，因此可以通过严格的尺寸筛分实现两者的高效分离。目前ZIF-8膜的C₃H₆/C₃H₈分离性能已具有了商业化应用竞争力，但ZIF-8分子筛膜的工业化应用仍面临一些迫切需要解决的问题：①ZIF-8膜由于均匀性难以保证造成的重复性差；②ZIF-8膜由于晶间缺陷难以完全消除造成高压操作或C₃H₆分压变化条件下选择性急剧衰减。其中需要特别强调的是，由于ZIF-8膜结构中普遍存在晶间缺陷，晶间存在的极小的微观缺陷会在高压下进一步放大表现出来，形成大量的非选择性扩散路径，使得报道的ZIF-8膜对压力十分敏感，操作压力升高将导致膜分离性能急剧变化。此外，不同的制烯烃工艺也要求ZIF-8分子筛膜在不同C₃H₆分压比条件下具有稳定的分离选择性，从而有效保证产品纯度。