用于二氧化碳识别的压力响应膜及其制备方法和应用

本发明涉及金属-有机骨架材料领域，具体涉及一种用于二氧化碳识别的压力响应膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在各种捕获和储存二氧化碳的途径中，已经获得关注的一种途径是以地质形式储存二氧化碳。地质储存(地质封存，geological storage)二氧化碳可以以两种方式实现：a)分离二氧化碳并且将其泵送至空的或废弃的油井(陆地的和海洋的油井都可以使用)中；或b)将二氧化碳转化为碳酸钙并且将其作为垃圾填埋(landfill)处理。

2、而膜技术由于其高效、低能耗和占地面积小等优点，已被广泛认为是一种很有前途的co2分离替代技术。目前，根据各方面的研究，得知膜的分离性能(包括气体渗透性和选择性)主要取决于mof孔尺寸和空腔的微结构特征。现有分离膜受到微观结构和环境的影响，难以达到较好的识别效率。

技术实现思路

1、基于此，本发明提出了一种具有高效识别效率，且具有压力选择性的用于二氧化碳识别的压力响应膜及其制备方法和应用。

2、根据本发明的第一个方面，提供了一种用于二氧化碳识别的压力响应膜的制备方法，包括：

3、通过将含氨基离子液体封装到mof-808骨架中，以减小mof-808骨架内空腔尺寸，形成il-mof-808粉末；

4、将自具微孔聚合物与所述il-mof-808粉末进行共分散，形成铸膜液；

5、将铸膜液倒入模具中，去除残留溶剂，得到压力响应膜；

6、其中，所述压力响应膜包括嵌有il-mof-808粉末的自具微孔聚合物，

7、所述含氨基离子液体用于在压力响应膜的膜孔道中提供碱性位点，所述碱性位点用于在压力条件下与识别co2并通过与co2结合的方式传输co2，以实现co2/n2环境下的压力选择性。

8、根据本发明的实施例，其中，

9、所述含氨基离子液体与所述mof-808骨架的质量比为0.6～1.2:10；

10、所述il-mof-808粉末在所述自具微孔聚合物中的负载量为质量分数5％-20％。

11、根据本发明的实施例，其中，

12、所述含氨基离子液体为1-氨基丙基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰基)酰亚胺盐以及1-n-甲基乙胺基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰基)酰亚胺盐中的一种或多种。

13、根据本发明的实施例，其中，所述通过将含氨基离子液体封装到mof-808骨架中，以减小mof-808骨架内空腔尺寸，形成il-mof-808粉末包括：

14、将所述mof-808骨架分散在含氨基离子液体的水溶液中，超声处理使其形成悬浊液；

15、蒸发所述悬浊液内的水分，使含氨基离子液体封装到mof-808骨架的空腔中，干燥洗涤后得到所述il-mof-808粉末。

16、根据本发明的实施例，其中，所述蒸发所述悬浊液内的水分采用减压旋蒸处理，所述减压旋蒸处理的处理温度为50-60℃，压力为400毫米汞柱，转速为50-100转/分。

17、根据本发明的实施例，其中，所述将自具微孔聚合物与所述il-mof-808粉末进行共分散，形成铸膜液，包括：

18、将所述il-mof-808粉末分散在氯仿溶剂中，超声处理使其均匀分散，得到分散液；

19、将所述自具微孔聚合物加入到所述分散液中，超声处理后室温下搅拌12-24h，得到分散均匀的所述铸膜液。

20、根据本发明的实施例，其中，所述将铸膜液倒入模具中，去除残留溶剂，得到压力响应膜，包括：

21、将所述铸膜液倒入聚四氟乙烯的培养皿中，在室温下静置挥发固化，得到膜样品；

22、将所述膜样品放置真空干燥箱处理，以去除残留溶剂，得到所述压力响应膜。

23、根据本发明的实施例，所述压力条件为跨膜压力2-6bar。

24、根据本发明的第二个方面，提供了一种利用上述的制备方法制备得到的压力响应膜，包括嵌有il-mof-808粉末的自具微孔聚合物，所述il-mof-808粉末在所述自具微孔聚合物中形成含有碱性位点的膜孔道，所述碱性位点用于在压力条件下与识别co2并通过与co2结合的方式传输co2，以实现co2/n2环境下的压力选择性。

25、根据本发明的第三个方面，提供了一种压力响应膜在碳捕获中的应用。

26、从上述技术方案可以看出，本发明提供的具有可交换离子的离子共价有机框架材料及其制备方法和应用具有以下有益效果：

27、本发明提供了一种高效co2气体识别传输的混合基质膜的制备方法，在限域mof-808空腔中引入含有氨基的il，使得原mof孔道增加更多co2结合位点，进而相比于惰性n2分子能识别并促进co2快速传输，并且能在2-6bar不同跨膜压力下调控膜的气体分离性能，为设计和调控高性能mof基气体分离膜提供了一种可行途径。

28、本发明提供方法制备得到的压力相应膜，可在2-6bar压力调控下实现对co2特定识别并达到co2/n2高效分离，即限域在mof-808空腔中的氨基位点，一方面增加孔道对co2的结合力；另一方面有效减小孔道尺寸，有利于扩散主导气体传输。这些因素为co2/n2混气中co2的识别传输提供前提条件。所述混合基质膜在4bar压力下表现出co2渗透率10106barrer，co2/n2选择性为43.6的良好分离性能，超过最新分离上限。该发明为高性能mof基混合基质膜的设计和制备提供参考。

技术特征：

1.一种用于二氧化碳识别的压力响应膜的制备方法，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，

3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，

4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述通过将含氨基离子液体封装到mof-808骨架中，以减小mof-808骨架内空腔尺寸，形成il-mof-808粉末包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，所述蒸发所述悬浊液内的水分采用减压旋蒸处理，所述减压旋蒸处理的处理温度为50-60℃，压力为400毫米汞柱，转速为50-100转/分。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述将自具微孔聚合物与所述il-mof-808粉末进行共分散，形成铸膜液，包括：

7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述将铸膜液倒入模具中，去除残留溶剂，得到压力响应膜，包括：

8.根据权利要求1中所述的制备方法，所述压力条件为跨膜压力2-6bar。

9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的制备方法制备得到的压力响应膜，包括嵌有il-mof-808粉末的自具微孔聚合物，所述il-mof-808粉末在所述自具微孔聚合物中形成含有碱性位点的膜孔道，所述碱性位点用于在压力条件下与识别co2并通过与co2结合的方式传输co2，以实现co2/n2环境下的压力选择性。

10.一种权利要求9所述的压力响应膜在碳捕获中的应用。

技术总结
本发明涉及金属‑有机骨架材料领域，具体涉及一种用于二氧化碳识别的压力响应膜及其制备方法和应用，该制备方法，包括：通过将含氨基离子液体封装到MOF‑808骨架中，以减小MOF‑808骨架内空腔尺寸，形成IL‑MOF‑808粉末；将自具微孔聚合物与IL‑MOF‑808粉末进行共分散，形成铸膜液；将铸膜液倒入模具中，去除残留溶剂，得到压力响应膜；其中，压力响应膜包括嵌有IL‑MOF‑808粉末的自具微孔聚合物，含氨基离子液体用于在压力响应膜的膜孔道中提供碱性位点，碱性位点用于在压力条件下与识别CO<subgt;2</subgt;并通过与CO<subgt;2</subgt;结合的方式传输CO<subgt;2</subgt;，以实现CO<subgt;2</subgt;/N<subgt;2</subgt;环境下的压力选择性。本发明提供的制备方法，在MOF‑808空腔中引入含有氨基的IL，使得原MOF孔道增加更多CO<subgt;2</subgt;结合位点，进而相比于惰性N<subgt;2</subgt;分子能识别并促进CO<subgt;2</subgt;快速传输。

技术研发人员：孙玉绣,贺艳静,乔志华,仲崇立,张政清,耿晨旭,张明扬
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16