CN110227358A - 一种基于二维层状材料的混合基质膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于二维层状材料的混合基质膜及其制备方法和应用，首先称取聚合物，并将其分散到溶剂中，配制成浓度为2‑15wt%的溶液并均匀分散，命名为铸膜液；将二维层状添加剂材料加入到铸膜液中，均匀分散后，采用干法相转化法制备混合基质膜或者在多孔支撑膜的表面涂敷制备混合基质膜；其中聚合物和二维层状添加剂材料的质量比为1：（0.001‑0.1）。本发明原料来源广泛、成本低、制备简单、条件温和，制备的混合基质膜成膜性能好、易于加工、对酸性气体亲和性好；制备的混合基质膜具有较高的CO2渗透速率和CO2/N2选择性，适用于CO2分离和净化领域。

Description

一种基于二维层状材料的混合基质膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种基于二维层状材料的混合基质膜及其制备方法和应用，属于气体膜分离领域。
背景技术
随着经济的发展和人口数量的增长，CO2的排放量也逐渐增加，大气的温室效应也随之增强，其引发了一系列问题，已引起了世界各国的关注。所以关于捕集CO2等气体的研究已经成为环境与能源的重大问题之一。而相比于其他分离方法，膜分离技术由于具有高效、低能耗和环境友好等优点，被广泛用于CO2的分离。因此，开发低成本、高性能的CO2分离膜是当今研究热点。而二维层状材料的独特结构特性，如它们的原子尺寸厚度、高纵横比、突出的机械强度和优异的化学稳定性使其成为实现新一代气体的理想选择分离膜。通过具有亚纳米厚度的堆叠纳米片的层间通道进行分子筛分，使气体传输阻力最小化，从而使气体通量最大化。将二维纳米片作为纳米填料掺杂到聚合物基质中，制备得混合基质膜（MMMs），兼具聚合物膜的易加工特性与二维材料的独特的理化结构，被认为是一种有前景的膜改性途径。
发明内容
本发明旨在提供一种基于二维层状材料的混合基质膜及其制备方法和应用，制备方法过程简单易操作、绿色环保，所制备得到的复合膜可以用于分离CO2/N2气体，具有良好的分离效果。
本发明将二维层状材料偏高岭土、ZIF-8改性的偏高岭土、碳纳米管改性的偏高岭土加入到聚合物中，制备混合基质膜。一方面无机添加剂扰乱高分子链段堆积，增加聚合物膜的自由体积，进一步增加聚合物膜的气体渗透速率；另一方面二维层状材料的添加可以为CO2气体在膜中的传递提供通道，有利于CO2在膜中的渗透选择性。
本发明提供了一种基于二维层状材料的混合基质膜，由聚合物基体、二维层状添加剂材料、溶剂制备而成；混合基质膜选用的聚合物基体为聚乙烯胺、聚醚嵌段聚酰胺、聚乙烯醇中的任一种，二维层状添加剂材料为偏高岭土、偏高岭土-ZIF-8、偏高岭土-碳纳米管中的任一种，溶剂为水、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、甲苯中的任一种。
进一步地，所述的偏高岭土为商业化偏高岭土干燥后直接使用；偏高岭土-碳纳米管为偏高岭土和碳纳米管按照质量比为（0.01-10）：（0.01-1）混合；
偏高岭土-ZIF-8材料是在偏高岭土表面原位合成ZIF-8；合成方法为：称取2-甲基咪唑溶解在无水甲醇溶液中配成浓度为0.01-70 mol/L的溶液，得到2-甲基咪唑甲醇溶液，命名为溶液C；称取六水合硝酸锌溶解于无水甲醇溶液中配成浓度为0.005-0.5 mol/L的溶液，得到六水合硝酸锌甲醇溶液；将偏高岭土加入到六水合硝酸锌的甲醇溶液超声0.5-8 h，采用转速为100-2000 rpm的磁力搅拌器搅拌2-12 h，命名为溶液D；将溶液C和溶液D倒入三口烧瓶中，在20-80℃下机械搅拌6-48 h发生化学反应，对所得溶液在8000-12000 rpm的转速范围内离心10-120 min，离心管中的下层沉淀用甲醇洗三次后，放在60-100 ℃真空烘箱中干燥12-24 h，制备白色的偏高岭土-ZIF-8材料。
本发明提供了上述基于二维层状材料的混合基质膜的制备方法，将偏高岭土、偏高岭土-ZIF-8或偏高岭土-碳纳米管添加剂，加入到聚合物分散液中，超声分散制得均相铸膜液，采用干法相转化法制备混合基质膜或者在多孔支撑膜的表面涂敷制备混合基质膜。
上述制备方法具体包括以下步骤：称取聚合物，并将其分散到溶剂中，配制成浓度为2-15wt%的溶液并均匀分散，命名为铸膜液；将二维层状材料加入到铸膜液中，均匀分散后采用干法相转化法制备混合基质膜或者在多孔支撑膜的表面涂敷制备混合基质膜；其中聚合物和二维层状材料的质量比为1：（0.001-0.1）。
进一步地，所述的采用干法相转化法制备混合基质膜，湿膜厚度控制为100-1500µm；其中膜的干燥过程在人工气候箱中进行，干燥条件为在20-50℃、相对湿度40-70%时干燥12-24 h。
进一步地，所述的在多孔支撑膜表面涂敷的混合基质膜，控制湿膜厚度为30-300µm；其中膜的干燥过程在人工气候箱中进行，干燥条件为在20-50℃、相对湿度40-70%时干燥12-24 h。
进一步地，所述的多孔支撑膜为商业化的微孔滤膜，起支撑作用，截留分子量为5000-50000，材质为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的任一种；所述的多孔支撑膜在20-50℃、0.5-10%的表面活性剂水溶液中浸泡24-72 h，清洗干燥后待用；其中使用的表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、乙二胺中的任一种。
进一步地，均匀分散的具体操作是，先采用超声波分散仪在超声频率范围20-50KHz，超声温度在15-40℃下，超声分散1-8 h，再采用磁力搅拌器在温度范围为15-80℃，转速范围为100-2000 rpm，搅拌2-24h，在静置脱泡12-48 h，得到均一分散液。
本发明提供了上述基于二维层状材料的混合基质膜在CO2的分离和净化中的应用。
上述应用中，混合基质膜用于CO2分离时，将膜固定在膜池中，膜的上游侧进料压力范围为0.1-2.0 MPa，气体渗透测试温度为20-80 ℃，上游侧气体的湿度通过加湿罐调控，有效膜面积为1~12.56 cm2；在膜腔的下游侧采用高纯H2作为吹扫气吹扫，吹扫气流速控制在10-60 sccm，压力为1 bar，采用气相色谱对下游侧组分进行检测。
本发明基于二维层状材料的混合基质膜应用于CO2/N2的分离时，选择性为30-100，采用多孔支撑膜做基底的复合型混合基质膜的CO2渗透性为50-200 GPU，不采用基底直接制备的混合基质膜的CO2渗透系数为20-400 Barrer(其中1GPU=10-6cm3(STP) cm-2 s-1cmHg-1，1Barrer=10-10cm3(STP) cm·cm-2·s-1·cmHg-1)。
本发明的有益效果：
本发明原料易得；混合基质膜的制备过程简便可控、条件温和；制得基于二维层状材料的混合基质膜用于CO2/N2气体分离，构建层状传递通道，促进CO2的传递，具有优异的气体分离性能。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
对比例1、纯聚乙烯胺的制备
取截留分子量为10000的聚醚砜基膜用纯水反复清洗，再放入0.5 wt%十二烷基磺酸钠的水溶液中浸泡72 h以上，以去除膜表面油污，改善膜的亲水性能，清洗晾干后将聚砜膜固定在平整的玻璃板表面待用。将聚乙烯胺溶于水中，配制成质量分数为2.5 wt%的聚乙烯胺水溶液，在采用磁力搅拌器在温度为30℃、转速为400 rpm时，搅拌2 h至聚合物完全溶解，配制成均一铸膜液；再将铸膜液通过刀动式可调涂膜装置按照预设的湿涂层厚度均匀的涂敷在聚砜膜表面，最后将制得的复合膜放置于人工气候箱内，在30℃、相对湿度40 %下干燥24 h，得到聚乙烯胺复合膜。
将上述制备的聚乙烯胺复合膜在25℃，测试压力为1 bar的湿态条件下，进行CO2和N2纯气的渗透性能测试，CO2渗透性为73 GPU，CO2/N2分离因子为45.7。
实施例1、掺杂二维层状材料偏高岭土的混合基质膜的制备
取截留分子量为6000的聚砜膜作为支撑层，在20℃、1%的表面活性剂水溶液中浸泡24h，清洗干燥后待用；
称取一定量的聚乙烯胺配制成2.5wt%的聚乙烯胺水溶液，称取一定量的偏高岭土加入到聚乙烯胺水溶液中，其中聚乙烯胺和偏高岭土的质量比为1:0.005，超声搅拌1 h后，再采用磁力搅拌器在温度为40 ℃、转速为300 rpm时，搅拌12 h，静置脱泡12 h，得到均一的铸膜液；将铸膜液涂敷到多孔支撑层的表面，控制涂层的湿厚度为50 µm。将湿膜置于人工气候箱内，在20℃、相对湿度40%下干燥12 h，得到掺杂二维层状材料偏高岭土的混合基质膜。
将上述制备的掺杂二维层状材料偏高岭土的混合基质膜在测试温度为25℃，测试压力为1 bar的湿态条件下，进行CO2和N2纯气的渗透性能测试，CO2渗透性为101 GPU，CO2/N2分离因子为52。
实施例2、掺杂二维层状材料偏高岭土的混合基质膜的制备
取截留分子量为8000微孔滤膜作为支撑膜，在25℃、2%的表面活性剂水溶液中浸泡48h，清洗干燥后待用；
称取一定量的聚乙烯胺配制成2.5wt%的聚乙烯胺水溶液，称取一定量的偏高岭土加入到聚乙烯胺水溶液中，其中聚乙烯胺和偏高岭土的质量比为1:0.01，超声搅拌3 h后，再采用磁力搅拌器在温度为40 ℃、转速为400 rpm时，搅拌24 h，静置脱泡12 h，得到均一的铸膜液；将铸膜液涂敷到多孔支撑层的表面，控制涂层的湿厚度为100 µm。将湿膜置于人工气候箱内，在25℃、相对湿度50%下干燥12 h，得到掺杂二维层状材料偏高岭土的混合基质膜。
将上述制备的掺杂二维层状材料偏高岭土的混合基质膜在测试温度为25℃，，测试压力为1 bar的湿态条件下，进行CO2和N2纯气的渗透性能测试，CO2渗透性为152 GPU，CO2/N2分离因子为78。
实施例3、掺杂二维层状材料偏高岭土的混合基质膜的制备
取截留分子量为10000微孔滤膜作为支撑膜，在30℃、3%的表面活性剂水溶液中浸泡48h，清洗干燥后待用；
称取一定量的聚乙烯胺配制成2.5 wt%的聚乙烯胺水溶液，称取一定量的偏高岭土加入到聚乙烯胺水溶液中，其中聚乙烯胺和偏高岭土的质量比为1:0.015，超声搅拌4 h后，再采用磁力搅拌器在温度为40 ℃、转速为300 rpm时，搅拌24 h，静置脱泡12 h，得到均一的铸膜液；将铸膜液涂敷到多孔支撑层的表面，控制涂层的湿厚度为150 µm。将湿膜置于人工气候箱内，在30℃、相对湿度60%下干燥12 h，得到掺杂二维层状材料偏高岭土的混合基质膜。
将上述制备的掺杂二维层状材料偏高岭土的混合基质膜在测试温度为25℃，，测试压力为1 bar的湿态条件下，进行CO2和N2纯气的渗透性能测试，CO2渗透性为171 GPU，CO2/N2分离因子为66.7。
实施例4、掺杂二维层状材料偏高岭土的混合基质膜的制备
称取一定量的聚乙烯醇配制成5wt%的聚乙烯醇水溶液，称取一定量的偏高岭土加入到聚乙烯醇水溶液中，其中聚乙烯醇和偏高岭土的质量比为1:0.02，超声搅拌4 h后，再采用磁力搅拌器在温度为45 ℃、转速为300 rpm时，搅拌24 h，静置脱泡24 h，得到均一的铸膜液；用刮刀将铸膜液均匀地刮在玻璃板上，控制湿膜的厚度为1000 μm，然后将湿膜置于人工气候箱内，在30℃、相对湿度40%下干燥24 h，得到掺杂二维层状材料偏高岭土的混合基质膜。
将上述制备的掺杂二维层状材料偏高岭土的混合基质膜在25 ℃，1 bar下分别测得的CO2渗透系数为98 Barrer，CO2/N2选择性为69。
实施例5、掺杂二维层状材料偏高岭土-ZIF-8的混合基质膜的制备
取截留分子量为6000的聚砜微孔滤膜作为支撑膜，在20℃、1%的表面活性剂水溶液中浸泡24 h，清洗晾干后将聚砜膜固定在平整的玻璃板表面待用；
将2-甲基咪唑溶解在100mL无水甲醇溶液中配成浓度为0.04 mol/L的溶液，将六水合硝酸锌溶解于100mL无水甲醇溶液中配成浓度为0.01 mol/L的溶液，分别得到2-甲基咪唑的甲醇溶液（命名为溶液C）和六水合硝酸锌的甲醇溶液，将偏高岭土加入到六水合硝酸锌的甲醇溶液超声2 h后，再采用磁力搅拌器在温度为25 ℃、转速为200 rpm时，搅拌12 h，命名为溶液D；然后，将溶液C和溶液D倒入三口烧瓶中，在25 ºC下搅拌24 h发生化学反应，对所得溶液在8000 rpm的转速范围内离心120 min，离心管中的下层沉淀用甲醇洗三次后，放在60 ºC真空烘箱中干燥12 h，即得偏高岭土-ZIF-8粉末待用；
称取一定量的聚乙烯胺配制成2.5wt%的聚乙烯胺水溶液，称取一定量的偏高岭土-ZIF-8加入到聚乙烯胺水溶液中，其中聚乙烯胺和偏高岭土的质量比为1:0.01，超声搅拌3h后，再采用磁力搅拌器在温度为45 ℃、转速为400 rpm时，搅拌12 h，静置脱泡12 h，得到均一的铸膜液；将铸膜液涂敷到多孔支撑层的表面，控制涂层的湿厚度为100 µm。将湿膜置于人工气候箱内，在25℃、相对湿度50%下干燥12 h，得到掺杂二维层状材料偏高岭土-ZIF-8的混合基质膜。
将上述制备的掺杂二维层状材料偏高岭土-ZIF-8的混合基质膜在25℃，测试压力为1 bar的湿态条件下，进行CO2和N2纯气的渗透性能测试，CO2渗透性为138 GPU，CO2/N2分离因子为70.9。
实施例6、掺杂二维层状材料偏高岭土-ZIF-8的混合基质膜的制备
取截留分子量为10000的聚砜微孔滤膜作为支撑膜，在31℃、3%的表面活性剂水溶液中浸泡18 h，清洗晾干后将聚砜膜固定在平整的玻璃板表面待用；
将2-甲基咪唑溶解在100mL无水甲醇溶液中配成浓度为1 mol/L的溶液，将六水合硝酸锌溶解于100mL无水甲醇溶液中配成浓度为0.4 mol/L的溶液，分别得到2-甲基咪唑的甲醇溶液（命名为溶液C）和六水合硝酸锌的甲醇溶液，将偏高岭土加入到六水合硝酸锌的甲醇溶液超声5 h后，再采用磁力搅拌器在温度为25 ℃、转速为200 rpm时，搅拌12 h，命名为溶液D；然后，将溶液C和溶液D倒入三口烧瓶中，在35 ºC下搅拌24 h发生化学反应，对所得溶液在8000 rpm的转速范围内离心180 min，离心管中的下层沉淀用甲醇洗三次后，放在60 ºC真空烘箱中干燥24 h，即得偏高岭土-ZIF-8粉末待用；
称取一定量的聚乙烯胺配制成2.5wt%的聚乙烯胺水溶液，称取一定量的偏高岭土-ZIF-8加入到聚乙烯胺水溶液中，其中聚乙烯胺和偏高岭土的质量比为1:0.02，超声搅拌8h后，再采用磁力搅拌器在温度为25 ℃、转速为350 rpm时，搅拌24 h，静置脱泡24 h，得到均一的铸膜液；将铸膜液涂敷到多孔支撑层的表面，控制涂层的湿厚度为50 µm。将湿膜置于人工气候箱内，在25℃、相对湿度50%的条件下干燥12 h，得到聚乙烯胺复合膜。
将上述制备的掺杂偏高岭土-ZIF-8的混合基质膜在测试温度为25℃，测试压力为1 bar的湿态条件下，进行CO2和N2纯气的渗透性能测试，CO2渗透性为152 GPU，CO2/N2分离因子为78。
实施例7、掺杂二维层状材料偏高岭土-ZIF-8的混合基质膜的制备
取截留分子量为10000的聚砜微孔滤膜作为支撑膜，在30℃、2%的表面活性剂水溶液中浸泡48 h，清洗干燥后待用；
将2-甲基咪唑溶解在100mL无水甲醇溶液中配成浓度为1 mol/L的溶液，将六水合硝酸锌溶解于100mL无水甲醇溶液中配成浓度为0.4 mol/L的溶液，分别得到2-甲基咪唑的甲醇溶液（命名为溶液C）和六水合硝酸锌的甲醇溶液，将偏高岭土加入到六水合硝酸锌的甲醇溶液超声5 h后，再采用磁力搅拌器在温度为35 ℃、转速为400 rpm时，搅拌12 h，命名为溶液D；然后，将溶液C和溶液D倒入三口烧瓶中，在35 ºC下搅拌24 h发生化学反应，对所得溶液在8000 rpm的转速范围内离心180 min，离心管中的下层沉淀用甲醇洗五次后，放在60 ºC真空烘箱中干燥24 h，即得偏高岭土-ZIF-8粉末待用；
称取一定量的聚乙烯胺配制成2.5wt%的聚乙烯胺水溶液，称取一定量的偏高岭土-ZIF-8加入到聚乙烯胺水溶液中，其中聚乙烯胺和偏高岭土的质量比为1:0.03，超声搅拌12h后，再采用磁力搅拌器在温度为25 ℃、转速为350 rpm时，搅拌24 h，静置脱泡24 h，得到均一的铸膜液；将铸膜液涂敷到多孔支撑层的表面，控制涂层的湿厚度为50 µm。将湿膜置于人工气候箱内，在35℃、相对湿度50%的条件下干燥12 h，得到聚乙烯胺复合膜。
将上述制备的掺杂偏高岭土-ZIF-8的混合基质膜在测试温度为25℃，测试压力为1 bar的湿态条件下，进行CO2和N2纯气的渗透性能测试，CO2渗透性为169 GPU，CO2/N2分离因子为86.7。
实施例8、掺杂二维层状材料偏高岭土-ZIF-8的混合基质膜的制备
将2-甲基咪唑溶解在100mL无水甲醇溶液中配成浓度为1 mol/L的溶液，将六水合硝酸锌溶解于100mL无水甲醇溶液中配成浓度为0.2 mol/L的溶液，分别得到2-甲基咪唑的甲醇溶液（命名为溶液C）和六水合硝酸锌的甲醇溶液，将偏高岭土加入到六水合硝酸锌的甲醇溶液超声5 h后，再采用磁力搅拌器在温度为35 ℃、转速为300 rpm时，搅拌24 h，命名为溶液D；然后，将溶液C和溶液D倒入三口烧瓶中，在25 ºC下搅拌24 h发生化学反应，对所得溶液在10000 rpm的转速范围内离心60 min，离心管中的下层沉淀用甲醇洗三次后，放在60 ºC真空烘箱中干燥24 h，即得偏高岭土-ZIF-8粉末待用；
称取一定量的聚醚嵌段酰胺溶于N, N-二甲基甲酰胺中配制成10 wt%的聚醚嵌段酰胺溶液，称取一定量的偏高岭土-ZIF-8加入到聚醚嵌段酰胺溶液中，其中聚醚嵌段酰胺和偏高岭土的质量比为1:0.01，超声搅拌8 h后，再采用磁力搅拌器在温度为25 ℃、转速为350rpm时，搅拌24 h，静置脱泡24 h，得到均一的铸膜液；用刮刀将铸膜液均匀地刮在玻璃板上，控制湿膜的厚度为800 μm，然后将湿膜置于人工气候箱内，在30℃、相对湿度40%下干燥24 h，得到聚乙烯胺复合膜。
将上述制备的掺杂偏高岭土-ZIF-8的混合基质膜在35 ℃，2 bar下分别测得的CO2渗透系数为380 Barrer，CO2/N2选择性为50.2。
实施例9、掺杂二维层状材料偏高岭土-碳纳米管的混合基质膜的制备
称取一定量的聚醚嵌段酰胺溶于N, N-二甲基甲酰胺中配制成10 wt%的聚醚嵌段酰胺溶液，称取一定量的偏高岭土-碳纳米管加入到聚醚嵌段酰胺溶液中，其中聚醚嵌段酰胺和偏高岭土-碳纳米管的质量比为1:0.02，超声搅拌12 h后，再采用磁力搅拌器在温度为35℃、转速为350 rpm时，搅拌24 h，静置脱泡24 h，得到均一的铸膜液；用刮刀将铸膜液均匀地刮在玻璃板上，控制湿膜的厚度为600 μm，然后将湿膜置于人工气候箱内，在25℃、相对湿度40%下干燥24 h，得到掺杂二维层状材料偏高岭土-碳纳米管的混合基质膜。
将上述制备的掺杂偏高岭土-碳纳米管的混合基质膜在25 ℃，5 bar下分别测得的CO2渗透系数为280 Barrer，CO2/N2选择性为45.4。
综上，实施例1-9显示出较高的CO2渗透性和CO2/N2选择性。其中实施例1-3和实施例5-7均是基于聚乙烯胺的混合基质膜，和对比例1中纯聚乙烯胺膜相比，CO2渗透性和CO2/N2选择性均有较明显的提高。
尽管上面对本发明进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨的情况,还可以作出很多变形,这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种基于二维层状材料的混合基质膜，其特征在于：由聚合物基体、二维层状添加剂材料、溶剂制备而成；混合基质膜选用的聚合物基体为聚乙烯胺、聚醚嵌段聚酰胺、聚乙烯醇中的任一种，二维层状添加剂材料为偏高岭土、偏高岭土-ZIF-8、偏高岭土-碳纳米管中的任一种，溶剂为水、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、甲苯中的任一种。
2.根据权利要求1所述的基于二维层状材料的混合基质膜，其特征在于：所述的偏高岭土为商业化偏高岭土干燥后直接使用；偏高岭土-碳纳米管为偏高岭土和碳纳米管按照质量比为（0.01-10）：（0.01-1）混合；
偏高岭土-ZIF-8材料是在偏高岭土表面原位合成ZIF-8；合成方法为：称取2-甲基咪唑溶解在无水甲醇溶液中配成浓度为0.01-70 mol/L的溶液，得到2-甲基咪唑甲醇溶液，命名为溶液C；称取六水合硝酸锌溶解于无水甲醇溶液中配成浓度为0.005-0.5 mol/L的溶液，得到六水合硝酸锌甲醇溶液；将偏高岭土加入到六水合硝酸锌的甲醇溶液超声0.5-8 h，采用转速为100-2000 rpm的磁力搅拌器搅拌2-12 h，命名为溶液D；将溶液C和溶液D倒入三口烧瓶中，在20-80℃下机械搅拌6-48 h发生化学反应，对所得溶液在8000-12000 rpm的转速范围内离心10-120 min，离心管中的下层沉淀用甲醇洗三次后，放在60-100 ℃真空烘箱中干燥12-24 h，制备白色的偏高岭土-ZIF-8材料。
3.一种权利要求1或2所述的基于二维层状材料的混合基质膜的制备方法，其特征在于：称取聚合物，并将其分散到溶剂中，配制成浓度为2-15wt%的溶液并均匀分散，命名为铸膜液；将二维层状添加剂材料加入到铸膜液中，均匀分散后，采用干法相转化法制备混合基质膜或者在多孔支撑膜的表面涂敷制备混合基质膜；其中聚合物和二维层状添加剂材料的质量比为1：（0.001-0.1）。
4.根据权利要求3所述的基于二维层状材料的混合基质膜的制备方法，其特征在于：所述的采用干法相转化法制备混合基质膜，湿膜厚度控制为100-1500 µm；其中膜的干燥过程在人工气候箱中进行，干燥条件为在20-50℃、相对湿度40-70%时干燥12-24 h。
5.根据权利要求3所述的基于二维层状材料的混合基质膜的制备方法，其特征在于：所述的在多孔支撑膜表面涂敷的混合基质膜，控制湿膜厚度为30-300 µm；其中膜的干燥过程在人工气候箱中进行，干燥条件为在20-50℃、相对湿度40-70%时干燥12-24 h。
6.根据权利要求5所述的基于二维层状材料的混合基质膜的制备方法，其特征在于：所述的多孔支撑膜为商业化的微孔滤膜，起支撑作用，截留分子量为5000-50000，材质为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的任一种；所述的多孔支撑膜在20-50℃、0.5-10%的表面活性剂水溶液中浸泡24-72 h，清洗干燥后待用；其中使用的表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、乙二胺中的任一种。
7.根据权利要求3所述的基于二维层状材料的混合基质膜的制备方法，其特征在于：均匀分散的具体操作是，先采用超声波分散仪在超声频率范围20-50 KHz，超声温度在15-40℃下，超声分散1-8 h，再采用磁力搅拌器在温度范围为15-80℃，转速范围为100-2000rpm，搅拌2-24h，在静置脱泡12-48 h，得到均一分散液。
8.一种权利要求1或2所述的基于二维层状材料的混合基质膜在CO2的分离和净化中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：混合基质膜用于CO2分离时，将膜固定在膜池中，膜的上游侧进料压力范围为0.1-2.0 MPa，气体渗透测试温度为20-80℃，上游侧气体的湿度通过加湿罐调控，有效膜面积为1~12.56 cm2；在膜腔的下游侧采用高纯H2作为吹扫气吹扫，吹扫气流速控制在10-60 sccm，压力为1 bar，采用气相色谱对下游侧组分进行检测。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：将混合基质膜应用于CO2/N2的分离时，选择性为30-100，采用多孔支撑膜做基底的复合型混合基质膜的CO2渗透性为50-200 GPU，不采用基底直接制备的混合基质膜的CO2渗透系数为20-400 Barrer。
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