一种采用流动法在中空纤维内表面制备ZIF-8膜的方法

本发明属于无机膜制备和气体分离工程，具体的涉及一种采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法。

背景技术：

1、金属有机骨架（mofs）材料是由金属离子或金属簇与有机配体通过配位连接形成的一类具有规则孔道的晶体材料，具有较高的比表面积、热稳定性和化学稳定性。zifs作为mofs的一个重要分支，广泛应用于气体分离领域。

2、常见的制备zif-8膜的方法有：原位合成法、二次晶种法、载体表面修饰法、同源金属氧化物诱导法以及其他的合成方法。原位合成法虽然制备工艺简单，但是制备的膜在载体表面的成核密度低，共生性差；二次晶种法和载体表面修饰法制备的mofs膜的稳定性和制备重现性差，合成工序复杂。

3、相对于其他方法，同源金属氧化物诱导法能够提高zif-8晶体在载体表面异相成核密度，有利于优先在载体表面结晶，但大多采用的是zno凝胶-溶胶通过浸渍、喷涂等涂覆在载体表面，导致制备工艺复杂，膜层易脱落等问题。因此，制备高稳定性、低成本、可重复的mofs膜仍然面临巨大的挑战。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，为此，本发明提出一种采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法，制备出的zif-8膜稳定性好，薄且连续，成本低，可重复率高。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法，包含如下步骤：

4、（1）将聚醚砜在搅拌作用下溶于n-甲基吡咯烷酮中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，得到澄清的溶液，向澄清溶液中加入zno粉，继续搅拌得到铸膜液；

5、（2）将铸膜液倒入纺丝设备中，制备pesf-zno中空纤维，pesf-zno中空纤维在水中固化24h，然后铺在平板上晾干；

6、（3）将pesf-zno中空纤维的外侧用聚四氟乙烯带密封，将外侧密封有聚四氟乙烯带的pesf-zno中空纤维全部放置于恒温且循环流动的合成液中进行反应，反应结束后取出，在超纯水中浸泡一段时间，然后干燥处理，最后在pesf-zno中空纤维的内表面得到zif-8膜；pesf-zno中空纤维的外侧用聚四氟乙烯带密封，合成液循环流动的从pesf-zno中空纤维的内侧经过。

7、所述合成液包括2-甲基咪唑和超纯水。

8、进一步的，所述聚醚砜、聚乙烯吡咯烷酮、n-甲基吡咯烷酮的质量比为（0.5-1）：（0.2-0.4）：（1.5-3）。

9、进一步的，所述聚醚砜、聚乙烯吡咯烷酮、n-甲基吡咯烷酮的质量比为1：0.4：3。

10、进一步的，所述zno粉的质量为铸膜液总质量的15%-30%。

11、进一步的，所述合成液中2-甲基咪唑的浓度为0.50-1.00 mol/l。

12、进一步的，所述步骤（3）中合成液的循环流速为10rpm。

13、进一步的，所述步骤（3）中反应温度60-80℃，反应时间6-10h。

14、进一步的，所述步骤（3）中超纯水中浸泡的时间为24h。

15、进一步的，所述氧化锌粉的粒径为180nm-220nm。氧化锌粉中zno的含量＞99.9%，购自宣城晶瑞新材料有限公司。

16、进一步的，所述步骤（3）中干燥处理条件为50℃下真空干燥12h。

17、相对于现有技术，本发明所述的采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法具有以下优势：

18、（1）本发明所述的采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法在pesf中掺杂zno，通过纺丝技术制成中空纤维，直接利用中空纤维载体上的zn源提供成核位点，无需外加zn源，增强膜层与载体之间的结合力。

19、（2）本发明所述的采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法，合成液循环流动，合成液在中空纤维内表面不断更新，早期形成的纳米颗粒二次生长，颗粒间的共生性增强。

20、（3本发明所述的采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法，由于合成液循环流动，制得的zif-8膜的膜层薄且连续，并且具有很好的稳定性。

21、（4）本发明所述的采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法，选择在中空纤维的内侧成膜，避免了后续使用和存放过程中对zif-8膜的损坏。

22、（5）本发明所述的采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法，合成液选择了2-甲基咪唑和超纯水，避免了采用有机溶剂，更加环保。

23、（6）本发明所述的采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法， 直接在中空纤维内表面制备zif-8膜，制备方法简单，成膜连续，成本低，为其他mofs膜的制备提供一种新途径。

24、（7）本发明采用有机材料作为制备zif-8的优点是利用zno的高活性，使其快速成核；无机材料虽然提高了载体的机械强度，但高温焙烧会使zno的活性降低，不利于成核。

技术特征：

1.一种采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法，其特征在于：包含如下步骤：

2.根据权利要求1所述的采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法，其特征在于：所述聚醚砜、聚乙烯吡咯烷酮、n-甲基吡咯烷酮的质量比为（0.5-1）：（0.2-0.4）：（1.5-3）。

3.根据权利要求1所述的采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法，其特征在于：所述聚醚砜、聚乙烯吡咯烷酮、n-甲基吡咯烷酮的质量比为1：0.4：3。

4.根据权利要求1所述的采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法，其特征在于：所述zno粉的质量为铸膜液总质量的15%-30%。

5.根据权利要求1所述的采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法，其特征在于：所述合成液中2-甲基咪唑的浓度为0.50-1.00 mol/l。

6.根据权利要求1所述的采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法，其特征在于：所述步骤（3）中合成液的循环流速为10rpm。

7.根据权利要求1所述的采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法，其特征在于：所述步骤（3）中反应温度60-80℃，反应时间6-10h。

8.根据权利要求1所述的采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法，其特征在于：所述步骤（3）中在超纯水中浸泡的时间为24h。

9.根据权利要求1所述的采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法，其特征在于：所述zno粉的粒径为180nm-220nm。

10.根据权利要求1所述的采用流动法在中空纤维内表面制备zif-8膜的方法，其特征在于：所述步骤（3）中干燥处理条件为50℃下真空干燥12h。

技术总结
本发明提供了一种采用流动法在中空纤维内表面制备ZIF‑8膜的方法，包含如下步骤：（1）将聚醚砜溶于N‑甲基吡咯烷酮中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，得到澄清的溶液，向澄清溶液中加入ZnO粉，得到铸膜液；（2）将铸膜液倒入纺丝设备中，制备PESf‑ZnO中空纤维；（3）将PESf‑ZnO中空纤维的外侧用聚四氟乙烯带密封，将外侧密封有聚四氟乙烯带的PESf‑ZnO中空纤维全部放置于恒温且循环流动的合成液中进行反应，反应结束后取出，在超纯水中浸泡一段时间，然后干燥处理，最后在PESf‑ZnO中空纤维的内表面得到ZIF‑8膜；所述合成液包括2‑甲基咪唑和超纯水。本发明制备出的ZIF‑8膜稳定性好，薄且连续，成本低，可重复率高。

技术研发人员：王晓斌,杨一帆,刘璐,张文秀,杨腾飞,张如月
受保护的技术使用者：山东理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17