本技术属于共价有机框架膜材料技术领域,提供了一种共价有机框架/聚醚砜混合基质膜及其制备方法和应用。该方法包含下列步骤:将聚醚砜、溶剂和三醛基间苯三酚混合,得到三醛基间苯三酚溶液;将三醛基间苯三酚溶液涂覆在玻璃纤维滤膜上,得到三醛基间苯三酚/聚醚砜膜;将对苯二胺、催化剂和水混合,得到对苯二胺溶液;将三醛基间苯三酚/聚醚砜膜浸泡在对苯二胺溶液中进行反应,得到共价有机框架/聚醚砜混合基质膜。本发明制备方法条件温和,得到的膜均匀、稳定,充分结合了聚合物高通量和共价有机框架对CO<subgt;2</subgt;强吸附分离的优点,大幅提高了共价有机框架/聚醚砜混合基质膜的H<subgt;2</subgt;通量和H<subgt;2</subgt;/CO<subgt;2</subgt;选择性。
背景技术
氢气(H2
)被视为未来清洁能源的载体之一。制氢工艺中通常含有CO2
,为了获得高纯度的氢气,需要将其进行有效地分离。膜分离技术是一种可以实现气体高效分离的手段之一。因其具备操作成本低、操作简便、能耗低、环境友好等优势,被广泛用于现代化工分离的过程。
混合基质膜可以结合聚合物和填料之间的优点,允许选择层、渗透层以及支撑层单独设计,使选择性、渗透性和机械性等得到最优解。同时由于支撑层的存在,有利于超薄选择层的实现,从而达到高效选择性分离的目的。传统的聚合物膜通常会受到渗透率和选择性之间的权衡关系的影响。非溶剂诱导相分离(NIPS)是制备多孔聚合物膜最常用的方法之一。在这个过程中,将聚合物的非溶剂引入均匀的聚合物溶液中,将溶液分为两相,富含聚合物的相在凝结后变成膜的基质,而非聚合物的相从沉淀溶液中去除后形成膜孔。通过这种传统的NIPS工艺,可以实现尺寸和孔隙率可调的互连结构,满足材料传输和分离的要求。在引入聚合物实现了气体的高渗透性之后,就要考虑如何利用多孔材料实现气体的高选择性。因此,利用多孔材料制备新型膜材料对提高膜的性能有着重要的影响。
共价有机框架材料(COF)是一种由共价键链接的周期性的结晶性多孔材料。具有周期性和有序性的孔道有利于气体的传输,使其成为气体分离膜构筑的新生代材料。迄今为止,人们成功的设计并合成了具有气体分离性能的COF膜,并证明该膜可以有效的进行气体分离。然而,COF膜的合成具有一些研究难点,例如:COF的合成条件苛刻,膜的机械性能差,容易产生晶间缺陷导致COF膜选择性大幅度降低。基于这些问题,结合COF的完全有机性质和高自由体积,使其与聚合物基质具有良好的附着性和兼容性,在制备基于COF的混合基质膜方面显示出巨大的潜力。
实现思路