本技术涉及混合基质膜材料制备技术领域,具体涉及一种仿“物流网”的聚离子液体‑金属有机框架复合材料的制备及在碳捕集中应用。本发明提供了仿“物流网”的聚离子液体‑金属有机框架复合材料(PIL/ZIF‑8)的制备,并将制备的PIL/ZIF‑8作为填充剂与磺化聚醚醚酮SPEEK物理共混形成混合基质膜。PIL/ZIF‑8中的PIL和ZIF‑8可分别充当“物流网”中的“物流线路”和“物流节点”,从而有效地加速CO2在混合基质膜中的选择性传递,提高了CO2/CH4选择性和分离性能。混合基质膜制备过程简单、反应可控、原料价廉易得、条件温和,可促进无机填充剂与高分子基质的优势互补。研究结果表明,本发明对CO2/CH4混合气体的渗透选择性超过了2008年Robeson上限。为高效分离CO2提供了一种新的有效策略。
背景技术
天然气(主要是CH4
)中二氧化碳的高效率捕集是需要急切解决的问题,为了脱除杂质气体(CO2
),开发一种简单有效的分离方法是非常重要的。目前传统的分离方法有溶剂吸收法、变压吸附法、低温分离法,分离性能优良,但存在设备投资高、设备操作复杂、能耗大、污染程度高等缺点。相比之下,膜分离技术因其操作简单、能耗低和无污染排放等优点而受到广泛重视。因此,膜分离技术有望引领未来CO2
分离技术的绿色环保之路。
膜材料是气体分离膜的核心组成部分,根据膜材料的不同,气体分离膜可分为高分子膜、无机膜和混合基质膜(MMMs)。高分子膜拥有成本低、机械性能好和操作方便等优点,但其聚合物膜常受到“trade-off”效应的限制,使其无法兼具高渗透性和高选择性。无机膜表现出比聚合物膜更好的热稳定性和化学稳定性,但其结构脆弱,加工性能差。混合基质膜是由连续的高分子基质和填充剂组成,结合了高分子膜与无机膜的优点,同时衍生出可兼具高渗透性和高选择性的优势,因此具有克服“trade-off”效应的潜力。混合基质膜目前面临填充剂与高分子基质间相容性较差,从而导致界面缺陷的产生,会严重影响气体分离性能。
沸石咪唑骨架-8(ZIF-8)是最具代表性的金属有机框架(MOF)之一,其具有较大的比表面积和丰富的亲CO2
基团和位点,对CO2
具有很强的亲和力。但是ZIF-8在MMMs中无法形成连续的CO2
传递路径,因此引入ZIF-8对混合基质膜的CO2
分离性能的改善是有限的。因此,有必要设计一种填充剂来改善混合基质膜的CO2
分离性能。。
实现思路