本技术提供了一种具有正局域电场的离子液体‑共价有机框架及其制备方法和在碳捕集中的应用,属于复合材料制备、碳捕集和混合基质膜制备技术领域;本发明基于离子液体和共价有机框架之间的主客体相互作用制备了离子液体‑共价有机框架复合材料;所述复合材料中,咪唑基的离子液体中的溴离子更倾向于与共价有机框架中的甲氧基通过非共价相互作用结合,从而实现离子液体限域在共价有机框架的孔道内;所述离子液体‑共价有机框架复合材料能够作为填充剂制备混合基质膜,所述混合基质膜的制备过程简单、反应可控、原料价廉易得、条件温和,在碳捕集尤其是CO2/CH4、CO2/N2以及CO2/H2混合气体的分离中具有很好的应用。
背景技术
大气中CO2
浓度的上升会导致全球变暖和生态破坏等严重后果,因此需要采取措施限制CO2
排放。但是,在生产作业过程中CO2
的排放无法避免,且CO2
是丰富的C1资源,其在化工、食品、农业、油气开采等行业具有广泛的应用前景。因此,将CO2
分离捕集不仅能够有效的应对温室效应,还能够充分的利用资源,实现资源的循环利用,有助于提高社会经济效益,具有广泛的发展前景。
CO2
分离工艺的选择取决于多种因素,包括纯度、回收率和成本等。其中,膜分离法因其具有高效,低能耗以及低成本的优点,被认为是最具有发展潜力的CO2
分离技术之一。混合基质膜(MMMs)由分散的填充剂和连续的高分子基质共混而成,填充剂的选择决定了膜性能的上限。常见的填充剂受到孔径的限制,分离性能通常远低于工业应用的需求。因此,需要一种完全不同的CO2
筛分方法来解决MMMs中非选择性孔造成的问题。由于CO2
和CH4
相反的表面静电势为这一想法的实现提供了可行性,电荷的存在可以在局部空间内形成电场,利用电场进行CO2
/CH4
筛分可以有效避免对孔径的限制。离子液体具有不对称的阳离子和阴离子,可以作为调控多孔材料电荷的有效客体材料。带电的离子液体-共价有机框架在MMMs内诱导出局域电场。由于正局域电场对CO2
和CH4
的“筛分效应”,CO2
中带负电的O原子与正局域电场的静电相互作用比带正电的CH4
中的H原子更强,从而提高MMMs的选择性。因此,需要开发一种新的离子液体-共价有机框架复合材料并将其作为填充剂制备碳捕集材料。
实现思路