一种由微孔材料负载离子液体的复合材料或薄膜及其制备
【技术领域】
[0001] 本发明属于发明专利领域，具体涉及一种由微孔材料负载离子液体的复合材料或 薄膜及其制备。
【背景技术】
[0002] 离子液体是一种由季铵阳离子，季膦阳离子，吡啶阳离子和咪唑阳离子所形成的 离子盐类。通常这类盐的熔点低于KKTC，有些甚至在室温条件下就呈现出良好的流动状 态，因而被称为室温离子液体。形成离子液体的阴离子部分种类繁多，常见的有卤素离子， 硝酸根离子，羧酸根离子，四氟化硼负离子，六氟化磷负离子，双(三氟甲磺酰亚胺）负离子。 离子液体的蒸气压几乎可以忽略，同时它的理化性质又很容易通过变换阴阳离子的种类来 加以调节，可以说，离子液体是一种绿色环保的溶剂，离子液体的开发，是人类向绿色化工 生产和可持续发展迈进的重要一步。最近几十年来，关于离子液体的设计，开发和应用研究 层出不穷。离子液体，在催化、有机合成、气体吸附、磁性和荧光材料、分析化学领域发挥着 举足轻重的作用。
[0003] 近年来的一系列研究表明，室温离子液体，特别是由咪唑阳离子和双(三氟甲磺酰 亚胺）阴离子形成的室温离子液体对二氧化碳、二氧化硫、硫化氢等小分子气体具有很好的 溶解性，被誉为新一代的二氧化碳捕获剂，在二氧化碳的捕获和分离领域发挥重要作用。离 子液体对气体溶解性质的作用机理与传统的有机溶剂(如丙酮，正己烷等）对气体的溶解机 制十分类似，即依靠分子间偶极/诱导偶极的相互作用以及分子色散力。将离子液体负载 于多孔载体当中制备成支撑型液膜，用于小分子气体混合物的分离和纯化，也因此引起了 国内外科学家的广泛关注。这类支撑型离子液体膜，除了用于气体分离外。还广泛应用于 液体分离，离子分离，渗透气化，电化学，膜接触器等方面。
[0004] 通常作为离子液体膜的支撑载体为非晶的有机聚合物微滤纳滤膜(如孔性聚砜） 或是晶化的陶瓷材料(如氧化铝、氧化钛)。这类载体材料具有单一或多级的孔结构，孔尺寸 大于2nm甚至超过50nm。以这类材料作为载体可以有效降低离子液体进入其孔深处的阻 力。然而，根据拉普拉斯方程，孔径与承受压力呈反比，孔径越大，液膜能够承受的压力越 小。那么在实际的高压气体吸附和分离的应用中，就会出现因气压过大造成的液膜流失问 题，大大限制了液膜的应用前景。一些研究组采用纳滤的有机聚合物膜作为载体，可以大大 提高离子液体膜的使用压力。
[0005] 本发明提出一种以微孔材料担载离子液体的新型微孔材料离子液体复合材料和 微孔材料离子液体复合膜，并涉及一系列高效的复合材料和复合薄膜制备方法，包括原位 合成方法和后处理方法。根据国际纯粹和应用化学联合会的规定，微孔材料是指孔径小于 2nm的一类重要的多孔材料，可以有效地对液体和气体分子起到筛分作用。利用这一类微孔 材料的孔笼作为支撑载体，借助原位合成或后处理方法，将离子液体引入到这类材料的孔 笼之中，制备出微孔材料离子液体复合材料。这类材料在实际应用中可作为吸附剂，在原有 微孔材料的基础之上，利用离子液体优异的溶剂特性和对二氧化碳、二氧化硫等小分子气 体的较高的溶解特性，选择性吸附和纯化气体和液体分子混合物。同时，将这类微孔材料拓 展为二维薄膜，利用原位合成或后处理方法，将离子液体引入到薄膜材料的孔笼当中，制备 出以微孔材料作为支撑的复合型液膜，选择性分离和纯化气体混合物。这种微孔材料担载 离子液体的新型微孔材料离子液体复合材料和微孔材料离子液体复合膜，利用较小尺寸的 微孔孔笼，对离子液体起到有效的限域作用，实现离子液体的固载化。根据拉普拉斯方程， 这一材料的开发，将会大大提高材料的稳定性，特别是利于实现高压下的气体分离。相比于 以微滤纳滤膜作为载体的离子液体膜，这类材料将具有更好的工业前景。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种由微孔材料负载离子液体的新型复合材料或薄膜及 其制备方法，该复合材料或薄膜是利用微孔材料的孔笼作为支撑载体来负载离子液体的一 种新型复合材料或复合薄膜。
[0007] 本发明提供了一种由微孔材料负载离子液体的新型复合材料或薄膜，该复合材料 或薄膜是利用微孔材料的孔笼作为支撑载体来负载离子液体的复合材料或薄膜；
[0008] 所述微孔材料为晶化或非晶的材料，其孔笼尺寸小于2nm ;
[0009] 所述离子液体为季铵阳离子型，季膦阳离子型，吡啶阳离子型，咪唑阳离子型离子 液体中的任意一种。
[0010] 本发明提供了所述新型复合材料或薄膜的制备方法，该复合材料或薄膜借助原位 合成方法制备得到，具体步骤如下：
[0011] (1)在常规合成策略的基础上改进，将合成多孔材料的前驱体与离子液体或离子 液体与其他溶剂的相溶物进行原位合成，得到微孔材料离子液体复合材料或微孔材料离子 液体复合膜；
[0012] 其中，原位合成的温度为-30°c~300°C，时间为Is~8640000s ;
[0013] (2)将上述步骤所得的反应混合物冷却至室温，并通过离心分离获得复合材料或 薄膜；
[0014] (3)对得到的复合材料及薄膜进行洗涤、烘干。
[0015] 本发明提供了所述新型复合材料或薄膜的制备方法，该复合材料或薄膜借助固液 接触的后处理方法制备得到，具体步骤如下：
[0016] (1)按照常规合成方法合成多孔材料或薄膜，即将材料合成所需的全部前驱体溶 解于相应的溶剂中，在一定温度下反应一段时间，将材料与母液分离，之后洗涤烘干待用， 膜的合成方法与此类似，根据其对支撑情况的要求，可在母液中放入合适的载体；
[0017] (2)再将（1)所述的微孔材料或薄膜作为支撑载体，将其与离子液体或离子液体 与其他溶剂的分散剂接触一定时间后，得到以微孔材料孔笼作为支撑载体的复合材料或薄 膜；
[0018] 其中，固液质量比为0.001~1000,固液接触的温度为-30°c~300°C，时间为 Is ~8640000s。
[0019] (3)对得到的复合材料及薄膜进行洗涤、烘干。
[0020] 本发明提供了所述新型复合材料或薄膜的制备方法，该复合材料或薄膜借助浸入 搅拌的后处理方法制备得到，具体步骤如下：
[0021] (1)按照常规合成方法合成多孔材料或薄膜，即将材料合成所需的全部前驱体溶 解于相应的溶剂中，在一定温度下反应一段时间，将材料与母液分离，之后洗涤烘干待用， 膜的合成方法与此类似，根据其对支撑情况的要求，可在母液中放入合适的载体；
[0022] (2)再将（1)所述的微孔材料或薄膜浸入到离子液体或离子液体与其他溶剂的分 散剂当中，通过快速搅拌，形成以微孔材料孔笼作为支撑载体的复合材料或复合薄膜；
[0023] 其中，固液质量比为0.001~1000,搅拌处理的温度为-30°C~300°C，时间为 Is ~8640000s ;
[0024] (3)对得到的复合材料及薄膜进行洗涤、烘干。
[0025] 本发明提供了所述新型复合材料或薄膜的制备方法，该复合材料或薄膜借助惰性 气体加压的后处理方法制备得到，具体步骤如下：
[0026] (1)按照常规合成方法合成多孔材料或薄膜，即将材料合成所需的全部前驱体溶 解于相应的溶剂中，在一定温度下反应一段时间，将材料与母液分离，之后洗涤烘干待用， 膜的合成方法与此类似，根据其对支撑情况的要求，可在母液中放入合适的载体；
[0027] (2)再将（1)所述的微孔材料或薄膜浸入到离子液体或离子液体与其他溶剂的分 散剂当中，通过通入惰性气体加压操作，使离子液体进入多孔材料的孔笼当中，形成以多孔 材料孔笼作为支撑载体的