一种基于银纳米颗粒/聚多巴胺包覆UiO-66-聚醚嵌段酰胺的气体分离膜的制作方法

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种基于银纳米颗粒/聚多巴胺包覆uio-66-聚醚嵌段酰胺的气体分离膜及其制备方法。

背景技术：

高分子膜具有良好的机械性能以及热稳定性，因此被广泛用于气体分离领域。但是，大部分高分子膜的气体选择性和渗透性不能够同时提高，即二者之间存在罗伯逊上限，这降低了高分子气体分离膜的应用价值。

为了同时提高高分子膜的渗透系数与分离系数，研究人员将纳米材料，如纳米二氧化钛、纳米二氧化硅和氧化石墨烯等，与高分子复合，制备出气体分离性能优异的高分子复合膜。其中，金属有机骨架因其自身的优异性能被广泛应用于高分子气体分离膜的制备中。据jin等人报道，由于金属有机框架具有多孔结构和较大的比表面积，以至于对气体产生筛分的作用从而增加选择性，并增加了自有体积，加快了气体分子的传输速率[journalofmembranescience,2016,513,155-165]。然而，仅在高分子材料中加入金属有机框架，往往会出现界面缺陷。jin等人发现在金属有机框架表面包覆一层聚多巴胺后，有助于改善界面缺陷，且聚多巴胺的多孔性质不会阻碍气体分子的传输[advancedmaterials,2016,28,3399-3405]。除此之外，wu等人报道聚多巴胺表面儿茶酚基团的还原能力和粘合特性，能将银离子通过金属/儿茶酚基团间的螯合作用固定下来，并将还原得到的银纳米球牢牢粘在聚多巴胺球表面，由于银离子对二氧化碳具有促进传输作用，从而改善了膜的气体分离性能[journalofmembranescience,2015,489,1-10]。

为了获得性能优异的高分子复合膜，我们利用水热方法制备出uio-66，又用简单的搅拌法制备了银纳米颗粒/聚多巴胺包覆uio-66复合结构，该结构结合了各个材料的优点。我们将其应用在聚醚嵌段酰胺气体分离膜中，首次制备出银纳米颗粒/聚多巴胺包覆uio-66-聚醚嵌段酰胺气体分离膜。该气体分离膜成本低廉，具有极高的气体渗透系数与分离系数，在气体分离膜领域具有重要的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于银纳米颗粒/聚多巴胺包覆uio-66-聚醚嵌段酰胺的气体分离膜及其制备方法。

下面简要阐述本发明的实现过程。首先利用水热法制得uio-66，再用简单的搅拌法制备了银纳米颗粒/聚多巴胺包覆uio-66复合结构，取一定量的银纳米颗粒/聚多巴胺包覆uio-66超声分散于乙醇与水(质量比7:3)的混合溶液中，得到均匀的分散液a；再将一定量的聚醚嵌段酰胺溶于等量的上述溶液中，搅拌至完全溶解，得到分散液b；将分散液a和b混合，对混合液作超声脱气处理后，将混合液倒入培养皿中干燥成膜，得到一种基于银纳米颗粒/聚多巴胺包覆uio-66-聚醚嵌段酰胺的气体分离膜。

本发明所述一种基于银纳米颗粒/聚多巴胺包覆uio-66-聚醚嵌段酰胺的气体分离膜的制备方法，其步骤如下：

(1)将一定量的四氯化锆、对苯二甲酸、去离子水溶解在100毫升n,n-二甲基甲酰胺中，充分溶解后，将该溶液倒入不锈钢反应釜中进行水热反应，水热条件为120℃，24小时，得到uio-66；

(2)将水热反应得到的uio-66离心，洗去未反应完全的溶剂，在甲醇中浸泡三天，充分除去uio-66孔道中的溶剂，然后在真空中100℃干燥24h得到干燥的uio-66粉末；

(3)将一定量的uio-66粉末分散于ph值为8.5的tris-hcl水溶液中，加入一定量的多巴胺盐酸盐，快速搅拌5h，离心得到聚多巴胺包覆的uio-66；

(4)将步骤(3)得到的聚多巴胺包覆的uio-66重新分散入水中，加入一定量的硝酸银，搅拌6个小时，离心洗去未反应的溶剂，在干燥箱中60℃干燥一天，得到银纳米颗粒/聚多巴胺包覆uio-66；

(5)将一定量步骤(1)-(4)制备的粉末银纳米颗粒/聚多巴胺包覆uio-66超声分散于乙醇与水的混合溶液中，得到分散液a，再将一定量的聚醚嵌段酰胺溶于另一部分乙醇与水的混合溶液中，搅拌至完全溶解，得到分散液b，将分散液a和b混合，对混合液作超声脱气处理后，将混合液倒入培养皿中干燥成膜。

本发明提供了一种基于银纳米颗粒/聚多巴胺包覆uio-66-聚醚嵌段酰胺的气体分离膜。相比于聚醚嵌段酰胺分离膜，该气体分离膜具有更高的气体渗透系数和分离系数，在气体分离膜领域具有重要的应用前景。

附图说明

图1为依据本发明所提供的一种基于银纳米颗粒/聚多巴胺包覆uio-66-聚醚嵌段酰胺的气体分离膜示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。

图中，1—聚多巴胺包覆uio-66，2—银纳米颗粒，3—聚醚嵌段酰胺。

实施例1，将0.4g四氯化锆溶解在100毫升n,n-二甲基甲酰胺，搅拌均匀后，再分别加入0.28g对苯二甲酸和0.13毫升去离子水，搅拌超声使溶剂分散均匀，然后将该溶液倒入不锈钢反应釜中进行水热反应，水热条件为120℃，24小时；将水热反应得到的白色产物用n,n-二甲基甲酰胺洗去未反应的溶剂，然后将白色产物倒入甲醇中浸泡三天置换孔道中的溶剂，再把白色产物用甲醇离心洗净，放入100℃真空中干燥24小时得到uio-66粉末。取0.3guio-66粉末倒入300毫升trishcl缓冲溶液中，搅拌超声使之分散均匀后加入0.15g多巴胺盐酸盐，室温下搅拌5h得到灰黑色溶液，将溶液离心洗去未反应的溶剂，随后把灰黑色的颗粒重新分散进300毫升水中，加入与聚多巴胺等摩尔量的硝酸银，搅拌六个小时，将得到的固体离心洗净后在60℃下干燥24小时，最终得到银纳米颗粒/聚多巴胺包覆uio-66。将32毫克上述制备的银纳米颗粒/聚多巴胺包覆uio-66粉末超声分散于10克乙醇与水(质量比7:3)的混合溶液中，得到分散液a；再将0.8克聚醚嵌段酰胺溶于上述等量的乙醇与水溶液中，搅拌至完全溶解，得到分散液b；将分散液a和b混合，对混合液作超声脱气处理后，将混合液倒入培养皿中干燥成膜；得到一种基于银纳米颗粒/聚多巴胺包覆uio-66-聚醚嵌段酰胺的气体分离膜如图1所示。

将本征聚醚嵌段酰胺和复合聚醚嵌段酰胺在35℃，0.4mpa下用于二氧化碳体积分数为10％的二氧化碳/氮气混合气分离测试，结果表明，本征聚醚嵌段酰胺的二氧化碳气体渗透系数为60.1barrer,相对于氮气的分离系数为31.0,复合聚醚嵌段酰胺的二氧化碳气体渗透系数为120.5barrer，相对于氮气的分离系数为52.1，复合聚醚嵌段酰胺的分离性能远高于本征聚醚嵌段酰胺的分离性能。

技术特征：

技术总结
本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种基于银纳米颗粒/聚多巴胺包覆UiO‑66‑聚醚嵌段酰胺的气体分离膜；其制备方法是使用水热法获得UiO‑66多孔结构，用搅拌法将聚多巴胺和银纳米颗粒分别修饰到UiO‑66表面，将一定量的银纳米颗粒/聚多巴胺包覆UiO‑66超声分散于乙醇和水(质量比7:3)的混合溶液中，得到均匀的分散液A；再将一定量的聚醚嵌段酰胺溶于上述等量的乙醇与水溶液中，搅拌至完全溶解，得到分散液B；将分散液A和B混合，对混合液作超声脱气处理后，将混合液倒入培养皿中干燥成膜，从而制备出一种基于银纳米颗粒/聚多巴胺包覆UiO‑66‑聚醚嵌段酰胺的气体分离膜；相比于聚醚嵌段酰胺分离膜，该气体分离膜具有较高的气体渗透系数与分离系数，在气体分离领域具有重要的应用前景。

技术研发人员：薛庆忠;李潇;乔煦容;常晓;祝磊;李小芳
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2018.10.26
技术公布日：2019.02.12