[发明专利]一种掺杂沸石咪唑酯的聚醚嵌段酰胺气体分离膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种掺杂沸石咪唑酯的聚醚嵌段酰胺（PEBA）气体分离膜及其制备方法和应用，本发明成功制备了ZIF‑8和Zn/Ni‑ZIF‑8两种无机纳米材料，并将其与聚醚共聚酰胺在40‑80°C下混合搅拌，通过干法相转化法制得ZIF‑8‑PEBA和Zn/Ni‑ZIF‑8‑PEBA混合基质膜。本发明的优点在于：无机材料的制备方法简单，条件温和，易于操作，环境友好；所制得的膜耐酸耐碱，柔韧性好；将其用于气体分离，具有优异的综合性能；尤其是，添加含量为10wt%的Zn/Ni‑ZIF‑8‑PEBA混合基质膜具有高的CO₂渗透通量和CO₂/N₂选择性。

技术领域

本发明涉及一种掺杂沸石咪唑酯的聚醚嵌段酰胺气体分离膜及其制备方法和应用，属于气体分离膜技术领域。

背景技术

随着全球性气候变暖的问题越来越受到人们的关注，解决大气中二氧化碳(CO₂)的排放和采用有效的方法捕集CO₂是迫切需要解决的问题。此外，二氧化碳(CO₂)可以作为一种潜在的“碳资源”加以利用，在航空航天及军事装备等领域一直都颇受关注。CO₂的分离回收技术主要有吸收分离法、吸附分离法、低温蒸馏分离法和膜分离法等。与其它方法相比，膜分离法具有分离效率高、能耗低、操作简便(易放大与自控)、环境友好及占地面积小等优点，是当前最具潜力的气体分离方法。气体分离膜中，无机膜具有化学性质稳定、容易再生、耐各种酸碱性介质腐蚀等优点，但由于膜的可塑性差、易破损、价格昂贵等原因其发展受到一定的限制；而聚合物膜因机械性能高，可再生性强被广泛用于分离CO₂，但其分离性能受到trade-off的限制。因此，向高分子基质中引入无机粒子所制得的混合基质膜（MMMs），结合了二者的优异性能，成为当前研究的热点。

发明内容

本发明旨在提供一种掺杂沸石咪唑酯的聚醚嵌段酰胺气体分离膜，首先制备了ZIF-8和Zn/Ni-ZIF-8两种无机材料，并将其添加到聚醚-聚酰胺嵌段共聚物PEBA中，对比两种不同的添加剂对膜分离CO₂的渗透性和选择性的影响，并研究了添加含量和压力对膜渗透选择性的影响。本发明还提供了所述气体分离膜的制备方法和应用。

本发明提供了一种掺杂沸石咪唑酯的聚醚嵌段酰胺气体分离膜，首先采用溶剂热法制备出沸石咪唑酯材料，然后采用干法相转化法制备出掺杂沸石咪唑酯的聚醚嵌段酰胺气体分离膜；所制备的膜为均质膜，分离基质为聚醚-聚酰胺嵌段共聚物，添加剂为沸石咪唑酯材料，

气体分离膜的湿膜厚度为50~500μm。

上述方案中，所述沸石咪唑酯材料为ZIF-8或Zn/Ni-ZIF-8，其中ZIF-8是由金属锌离子和甲基咪唑酯中的氮原子配位形成的四面体单元构成的笼状化合物，Zn/Ni-ZIF-8是由金属镍离子取代了ZIF-8结构单元上的部分锌离子构成的笼状化合物，添加含量为5～20wt％。

上述方案中，所述ZIF-8材料的粒径为45~55nm，Zn/Ni-ZIF-8的粒径为38~46nm。

本发明提供了一种掺杂沸石咪唑酯的聚醚嵌段酰胺气体分离膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、ZIF-8的制备：