CN110787657A - 一种Pebax/MIL-101混合基质膜制备方法 - Google Patents

一种Pebax/MIL-101混合基质膜制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110787657A
CN110787657A CN201910946376.4A CN201910946376A CN110787657A CN 110787657 A CN110787657 A CN 110787657A CN 201910946376 A CN201910946376 A CN 201910946376A CN 110787657 A CN110787657 A CN 110787657A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mil
pebax
mixed matrix
matrix membrane
steps
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910946376.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110787657B (zh
Inventor
宋春风
范智超
李润
邱依婷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201910946376.4A priority Critical patent/CN110787657B/zh
Publication of CN110787657A publication Critical patent/CN110787657A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110787657B publication Critical patent/CN110787657B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/76Macromolecular material not specifically provided for in a single one of groups B01D71/08 - B01D71/74
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/228Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion characterised by specific membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D67/00Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002Organic membrane manufacture
    • B01D67/0009Organic membrane manufacture by phase separation, sol-gel transition, evaporation or solvent quenching
    • B01D67/0011Casting solutions therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02Inorganic material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/56Polyamides, e.g. polyester-amides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2325/00Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/12Adsorbents being present on the surface of the membranes or in the pores
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本发明设计了一种聚醚嵌段酰胺和MIL‑101混合基质膜制备方法。基于MIL‑101(Cr)。这种金属骨架材料(MOF)和聚醚嵌段酰胺材料Pebax‑1657,通过溶液蒸发法制备出形态均一,具有高CO2分离性能的混合基质膜。将Pebax溶解于N‑甲基吡咯烷酮(NMP)中,形成均一的聚合物溶液,将适当比例的MIL‑101悬浮于上述溶液中搅拌一定时间后超声,冷却至室温固化成膜。本方法制备出的Pebax/MIL‑101混合基质膜在室温或低温下均有较好的CO2/N2分离性能。

Description

一种Pebax/MIL-101混合基质膜制备方法
技术领域
本发明属于有机/无机杂化膜材料制备技术及其应用方向,涉及聚醚嵌段酰胺和MIL-101混合基质膜制备方法。
背景技术
膜分离技术由于高效、易于放大、能耗低的内在属性,引起了研究人员对气体分离的关注。然而,聚合物膜材料的渗透性和选择性之间的折衷限制被称为Robeson上限。混合基质膜同时具有分散填料相和连续聚合物相的优点,有望克服该上限。金属配体有机骨架材料(MOF)由于其良好的多孔和柔性结构,吸引了许多研究人员作为填料来制备混合基质膜。MOF是一种新型的多孔晶体材料,由金属配合物或簇合物组成,由有机配体连接而成。其具有独特的可调孔径、均匀孔径分布和高比表面积等特征。以MOF为填料,由于MOF结构上存在着多种功能的有机配体,使得填料颗粒与聚合物基体之间的相互作用更容易控制。MIL-101(Cr)是以铬为金属和对苯二甲酸作为配体的一类及金属有机骨架材料,其具有较大的比表面积,内部具有1.2nm的笼状结构,适宜气体快速通过。基于上述陈述,本方法提出了一种以Pebax1657为连续相有机基质,MIL-101(Cr)为分散相的混合基质膜,用于CO2/N2体系的分离。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提出的一种Pebax/MIL-101混合基质膜制备方法,以克服现有技术中的缺陷。
本发明的技术方案是一种Pebax/MIL-101混合基质膜制备方法,包括以下步骤:
S1.铸膜液制备:称取2g Pebax MH1657颗粒溶于22.5ml NMP中,125℃回流搅拌3h,制备8wt%Pebax制膜液;
S2.混合基质膜制备:将预先计算好添加量的MIL-101的一半倒入8wt%Pebax溶液中,125℃回流搅拌6h,然后,将悬液转移至超声振荡机中超声处理1h使MIL-101分散均匀于膜液中。之后将剩余的一半MIL-101加入上述分散好的悬液中,继续回流搅拌3h,结束后再进行超声处理1h;
S3.干燥:将上述悬液倒于平整洁净的培养皿中,室温环境中干燥48h,并在上层盖一张滤纸以控制溶剂挥发速度,使溶剂缓慢挥发。最后,将其置于真空干燥箱内,50℃真空干燥24h,确保去除残余的溶剂。
所述步骤S1中,溶剂采用N-甲基吡咯烷酮(NMP),对Pebax溶解性好且降温后会与Pebax凝胶,使分散后的MIL-101固定,维持良好的分散度。
所述步骤S1中,聚合物溶液为浓度为8%,通过提高聚合物含量,提升膜材料的韧性与机械性能。
所述步骤S2中,每次加入MIL-101搅拌后,均进行超声处理,且超声机水温控制在70℃以上,提高MIL-101分散度并且防止溶液凝胶现象的发生。
所述步骤S2中,将MIL-101材料分两次加入到溶液中,降低MIL-101大量、同时进入体系导致的团聚现象。
本发明提出的一种Pebax/MIL-101混合基质膜制备方法,与现有技术相比,具有以下优点:
1、本发明结合了Pebax机械性能好、热稳定性高的特点以及MIL-101高CO2吸附性能,大比表面积的特点,将有机基质与无机材料有机结合。
2、本发明不仅在20-40℃的常见温度范围内具有高CO2分离性能,在-20~0℃的低温范围内同样具有良好的分离性能。
3、本发明中所使用的MIL-101制备工艺简单,原料价格低廉。
附图说明
图1为本发明的制备简易流程图。
图2为性能试验结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
以单气体进行测试,CO2和N2均为99.99%纯气体:
将CO2进气压设置为0.35mPa,操作温度设置为20℃。将本发明中制备的Pebax/MIL-101(MIL-101含量占Pebax基质15%)膜材料安置于膜池法兰中,膜池法兰上游与进气侧相连通,下游为渗透侧,尾部连接皂泡流量计,用于测试渗透端气体流量,膜池有效测试面积为8.55cm2。待操作温度达到稳定后,使气体通入膜池内,静置一段时间使整个渗透行为稳定。待体系稳定后,通过秒表与皂泡流量计测试渗透测流出气体的流速,重复20次。N2的测试与CO2相同,计算得到两种气体的渗透性及CO2/N2选择性。
在实施例1条件下,采用本发明方法制备的Pebax/MIL-101混合基质膜,在该实施例条件下,CO2渗透性为81.4barrer,N2渗透性为1.27barrer,CO2/N2选择性为64。
在实施例1中,使用稳压阀控制膜池法兰上游进气压稳定。
在实施例1中,将操作温度下降至-20℃,得到该混合基质膜低温下性能,CO2渗透性为28.2barrer,N2渗透性为0.32barrer,CO2/N2选择性为89。
从此具体实施例中,可以得出的结论是:本发明制备的Pebax/MIL-101混合基质膜在常温及低温环境下均可以得到良好的CO2/N2分离效果,尤其在低温下可以得到优秀的CO2/N2选择性,使得原料其可以在低温下有效分离,降低后续处理时气体低温存储的能耗。

Claims (6)

1.一种Pebax/MIL-101混合基质膜制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
将预先计算好添加量的MIL-101的一半倒入8wt%Pebax溶液中,125℃回流搅拌6h;
然后将悬液转移至超声振荡机中超声处理1h使MIL-101分散均匀于膜液中;
之后将剩余的一半MIL-101加入上述分散好的悬液中,继续回流搅拌12h,结束后再进行超声处理1h;
将上述悬液倒于平整洁净的培养皿中,室温环境中干燥48h,并在上层盖一张滤纸以控制溶剂挥发速度,使溶剂缓慢挥发;
最后,将其置于真空干燥箱内,50℃真空干燥24h,确保去除残余的溶剂。
2.根据权利要求1所述的一种Pebax/MIL-101混合基质膜制备方法,其特征在于:聚合物溶液为浓度为8%。
3.根据权利要求1所述的一种Pebax/MIL-101混合基质膜制备方法,其特征在于:将MIL-101材料分两次加入到溶液中。
4.根据权利要求1所述的一种Pebax/MIL-101混合基质膜制备方法,其特征在于:每次加入MIL-101搅拌后,均进行超声处理,且超声机水温控制在70℃以上。
5.根据权利要求1所述的一种Pebax/MIL-101混合基质膜制备方法,其特征在于:溶剂采用N-甲基吡咯烷酮。
6.根据权利要求1所述的一种Pebax/MIL-101混合基质膜制备方法,其特征在于:所用的MIL-101(Cr)粒径在400nm左右。
CN201910946376.4A 2019-10-04 2019-10-04 一种Pebax/MIL-101混合基质膜制备方法 Expired - Fee Related CN110787657B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910946376.4A CN110787657B (zh) 2019-10-04 2019-10-04 一种Pebax/MIL-101混合基质膜制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910946376.4A CN110787657B (zh) 2019-10-04 2019-10-04 一种Pebax/MIL-101混合基质膜制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110787657A true CN110787657A (zh) 2020-02-14
CN110787657B CN110787657B (zh) 2022-03-18

Family

ID=69440143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910946376.4A Expired - Fee Related CN110787657B (zh) 2019-10-04 2019-10-04 一种Pebax/MIL-101混合基质膜制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110787657B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112675720A (zh) * 2020-12-10 2021-04-20 石河子大学 基于双金属片状材料填充的混合基质膜的制备方法及应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110138999A1 (en) * 2009-12-15 2011-06-16 Uop Llc Metal organic framework polymer mixed matrix membranes
CN103599705A (zh) * 2013-11-11 2014-02-26 北京工业大学 一种超声浸渍制备有机/无机杂化膜的方法
CN106861457A (zh) * 2015-12-13 2017-06-20 中国科学院大连化学物理研究所 一种含MOFs混合基质中空纤维气体分离膜的制备方法
EP2358726B1 (en) * 2008-12-18 2017-08-02 The Regents of the University of California Porous reactive frameworks
CN108939958A (zh) * 2017-05-27 2018-12-07 南京工业大学 利用聚合物涂层提高支撑型mof膜气体分离性能的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2358726B1 (en) * 2008-12-18 2017-08-02 The Regents of the University of California Porous reactive frameworks
US20110138999A1 (en) * 2009-12-15 2011-06-16 Uop Llc Metal organic framework polymer mixed matrix membranes
CN103599705A (zh) * 2013-11-11 2014-02-26 北京工业大学 一种超声浸渍制备有机/无机杂化膜的方法
CN106861457A (zh) * 2015-12-13 2017-06-20 中国科学院大连化学物理研究所 一种含MOFs混合基质中空纤维气体分离膜的制备方法
CN108939958A (zh) * 2017-05-27 2018-12-07 南京工业大学 利用聚合物涂层提高支撑型mof膜气体分离性能的方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MOJGAN ISANEJAD: "Pebax membrane for CO2/CH4 separation: Effects of various solvents on morphology and performance", 《JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE》 *
侯进鹏等: "用于CO_2分离的混合基质膜中填充剂的研究进展 ", 《化学通报》 *
史亚伟等: "聚多巴胺-聚偏氟乙烯复合膜在304不锈钢上的制备及防腐性能 ", 《电镀与涂饰》 *
王忠明: "Pebax/纳米多孔材料混合基质膜的制备及气体分离性能", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (工程科技Ⅰ辑)》 *
郭翔宇等: "含开放金属位点MIL-101(Cr)掺杂的混合基质膜制备及其CO_2分离性能", 《化工学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112675720A (zh) * 2020-12-10 2021-04-20 石河子大学 基于双金属片状材料填充的混合基质膜的制备方法及应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN110787657B (zh) 2022-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110787656A (zh) 一种Pebax/NH2-MIL-101混合基质膜制备方法
CN110026097B (zh) 一种PIM-1@MOFs/聚合物复合渗透汽化膜的制备方法
CN108745002B (zh) 一种原位掺杂碳量子点的磺化聚醚醚酮混合基质膜及其制备方法和应用
CN113559724B (zh) 一种基于氮硫共掺杂多孔碳球混合基质膜的制备方法及应用
CN113413777B (zh) Vzif-67/zif-67-聚酰亚胺混合基质膜、制备方法及其应用
Wahab et al. Development of PEBAX Based Membrane for Gas Separation: A
CN114632430B (zh) 一种用于气体分离的共价有机聚合物材料纳米片复合基质膜及其制备方法
CN111617645A (zh) 一种基于中空MOFs材料的低阻高选择性混合基质膜的制备方法
CN110787657B (zh) 一种Pebax/MIL-101混合基质膜制备方法
CN113578078A (zh) 一种基于掺氮多孔碳球的混合基质膜的制备方法及应用
CN108479434A (zh) 一种掺杂Li的HKUST-1膜材料的制备方法及应用
CN103212314B (zh) 一种改性zsm-5沸石共混优先透醇复合膜及其制备方法
CN113750821A (zh) 基于嵌入式多孔少层g-C3N4/ZIF-8混合基质膜的制备方法及应用
CN117181004A (zh) 一种亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜及其制备方法和应用
CN115445455B (zh) 一种MOFs梯度分布的超薄混合基质非对称膜的制备方法
CN112090296A (zh) 基于F-TiO2/Fe-g-C3N4的自清洁平板式PVDF超滤膜及制备方法
CN115253714B (zh) 一种掺杂二硫化钼纳米片改性材料的混合基质膜及其制备方法和应用
CN112156660A (zh) 一种金属有机骨架M-gallate混合基质膜及其制备和应用
CN116808848A (zh) 一种高分离性能有机/无机mof杂化混合基质膜、制备方法及应用
KR101467906B1 (ko) 금속이온 착화합물을 이용한 투과증발막 제조 방법
CN112023730B (zh) 一种嵌段聚醚酰胺-光敏铜有机骨架膜制备及气体分离应用
CN113908694A (zh) 一种增强型纳米复合正渗透膜及其制备方法和应用
CN112044288A (zh) 基于F-TiO2/Fe-g-C3N4的自清洁PVDF中空纤维超滤膜及制备方法
CN112808036A (zh) 一种气体除湿膜及其制备方法和应用
CN113289504B (zh) 一种热塑性渗透汽化聚合物膜及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20220318

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee