一種由微孔材料負(fù)載離子液體的復(fù)合材料或薄膜及其制備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于發(fā)明專(zhuān)利領(lǐng)域，具體涉及一種由微孔材料負(fù)載離子液體的復(fù)合材料或 薄膜及其制備。
【背景技術(shù)】
[0002] 離子液體是一種由季銨陽(yáng)離子，季膦陽(yáng)離子，吡啶陽(yáng)離子和咪唑陽(yáng)離子所形成的 離子鹽類(lèi)。通常這類(lèi)鹽的熔點(diǎn)低于KKTC，有些甚至在室溫條件下就呈現(xiàn)出良好的流動(dòng)狀 態(tài)，因而被稱(chēng)為室溫離子液體。形成離子液體的陰離子部分種類(lèi)繁多，常見(jiàn)的有鹵素離子， 硝酸根離子，羧酸根離子，四氟化硼負(fù)離子，六氟化磷負(fù)離子，雙(三氟甲磺酰亞胺）負(fù)離子。 離子液體的蒸氣壓幾乎可以忽略，同時(shí)它的理化性質(zhì)又很容易通過(guò)變換陰陽(yáng)離子的種類(lèi)來(lái) 加以調(diào)節(jié)，可以說(shuō)，離子液體是一種綠色環(huán)保的溶劑，離子液體的開(kāi)發(fā)，是人類(lèi)向綠色化工 生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展邁進(jìn)的重要一步。最近幾十年來(lái)，關(guān)于離子液體的設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究 層出不窮。離子液體，在催化、有機(jī)合成、氣體吸附、磁性和熒光材料、分析化學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著 舉足輕重的作用。
[0003] 近年來(lái)的一系列研究表明，室溫離子液體，特別是由咪唑陽(yáng)離子和雙(三氟甲磺酰 亞胺）陰離子形成的室溫離子液體對(duì)二氧化碳、二氧化硫、硫化氫等小分子氣體具有很好的 溶解性，被譽(yù)為新一代的二氧化碳捕獲劑，在二氧化碳的捕獲和分離領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。離 子液體對(duì)氣體溶解性質(zhì)的作用機(jī)理與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑(如丙酮，正己烷等）對(duì)氣體的溶解機(jī) 制十分類(lèi)似，即依靠分子間偶極/誘導(dǎo)偶極的相互作用以及分子色散力。將離子液體負(fù)載 于多孔載體當(dāng)中制備成支撐型液膜，用于小分子氣體混合物的分離和純化，也因此引起了 國(guó)內(nèi)外科學(xué)家的廣泛關(guān)注。這類(lèi)支撐型離子液體膜，除了用于氣體分離外。還廣泛應(yīng)用于 液體分離，離子分離，滲透氣化，電化學(xué)，膜接觸器等方面。
[0004] 通常作為離子液體膜的支撐載體為非晶的有機(jī)聚合物微濾納濾膜(如孔性聚砜） 或是晶化的陶瓷材料(如氧化鋁、氧化鈦)。這類(lèi)載體材料具有單一或多級(jí)的孔結(jié)構(gòu)，孔尺寸 大于2nm甚至超過(guò)50nm。以這類(lèi)材料作為載體可以有效降低離子液體進(jìn)入其孔深處的阻 力。然而，根據(jù)拉普拉斯方程，孔徑與承受壓力呈反比，孔徑越大，液膜能夠承受的壓力越 小。那么在實(shí)際的高壓氣體吸附和分離的應(yīng)用中，就會(huì)出現(xiàn)因氣壓過(guò)大造成的液膜流失問(wèn) 題，大大限制了液膜的應(yīng)用前景。一些研究組采用納濾的有機(jī)聚合物膜作為載體，可以大大 提高離子液體膜的使用壓力。
[0005] 本發(fā)明提出一種以微孔材料擔(dān)載離子液體的新型微孔材料離子液體復(fù)合材料和 微孔材料離子液體復(fù)合膜，并涉及一系列高效的復(fù)合材料和復(fù)合薄膜制備方法，包括原位 合成方法和后處理方法。根據(jù)國(guó)際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)的規(guī)定，微孔材料是指孔徑小于 2nm的一類(lèi)重要的多孔材料，可以有效地對(duì)液體和氣體分子起到篩分作用。利用這一類(lèi)微孔 材料的孔籠作為支撐載體，借助原位合成或后處理方法，將離子液體引入到這類(lèi)材料的孔 籠之中，制備出微孔材料離子液體復(fù)合材料。這類(lèi)材料在實(shí)際應(yīng)用中可作為吸附劑，在原有 微孔材料的基礎(chǔ)之上，利用離子液體優(yōu)異的溶劑特性和對(duì)二氧化碳、二氧化硫等小分子氣 體的較高的溶解特性，選擇性吸附和純化氣體和液體分子混合物。同時(shí)，將這類(lèi)微孔材料拓 展為二維薄膜，利用原位合成或后處理方法，將離子液體引入到薄膜材料的孔籠當(dāng)中，制備 出以微孔材料作為支撐的復(fù)合型液膜，選擇性分離和純化氣體混合物。這種微孔材料擔(dān)載 離子液體的新型微孔材料離子液體復(fù)合材料和微孔材料離子液體復(fù)合膜，利用較小尺寸的 微孔孔籠，對(duì)離子液體起到有效的限域作用，實(shí)現(xiàn)離子液體的固載化。根據(jù)拉普拉斯方程， 這一材料的開(kāi)發(fā)，將會(huì)大大提高材料的穩(wěn)定性，特別是利于實(shí)現(xiàn)高壓下的氣體分離。相比于 以微濾納濾膜作為載體的離子液體膜，這類(lèi)材料將具有更好的工業(yè)前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種由微孔材料負(fù)載離子液體的新型復(fù)合材料或薄膜及 其制備方法，該復(fù)合材料或薄膜是利用微孔材料的孔籠作為支撐載體來(lái)負(fù)載離子液體的一 種新型復(fù)合材料或復(fù)合薄膜。
[0007] 本發(fā)明提供了一種由微孔材料負(fù)載離子液體的新型復(fù)合材料或薄膜，該復(fù)合材料 或薄膜是利用微孔材料的孔籠作為支撐載體來(lái)負(fù)載離子液體的復(fù)合材料或薄膜；
[0008] 所述微孔材料為晶化或非晶的材料，其孔籠尺寸小于2nm ;
[0009] 所述離子液體為季銨陽(yáng)離子型，季膦陽(yáng)離子型，吡啶陽(yáng)離子型，咪唑陽(yáng)離子型離子 液體中的任意一種。
[0010] 本發(fā)明提供了所述新型復(fù)合材料或薄膜的制備方法，該復(fù)合材料或薄膜借助原位 合成方法制備得到，具體步驟如下：
[0011] (1)在常規(guī)合成策略的基礎(chǔ)上改進(jìn)，將合成多孔材料的前驅(qū)體與離子液體或離子 液體與其他溶劑的相溶物進(jìn)行原位合成，得到微孔材料離子液體復(fù)合材料或微孔材料離子 液體復(fù)合膜；
[0012] 其中，原位合成的溫度為-30°c~300°C，時(shí)間為Is~8640000s ;
[0013] (2)將上述步驟所得的反應(yīng)混合物冷卻至室溫，并通過(guò)離心分離獲得復(fù)合材料或 薄膜；
[0014] (3)對(duì)得到的復(fù)合材料及薄膜進(jìn)行洗滌、烘干。
[0015] 本發(fā)明提供了所述新型復(fù)合材料或薄膜的制備方法，該復(fù)合材料或薄膜借助固液 接觸的后處理方法制備得到，具體步驟如下：
[0016] (1)按照常規(guī)合成方法合成多孔材料或薄膜，即將材料合成所需的全部前驅(qū)體溶 解于相應(yīng)的溶劑中，在一定溫度下反應(yīng)一段時(shí)間，將材料與母液分離，之后洗滌烘干待用， 膜的合成方法與此類(lèi)似，根據(jù)其對(duì)支撐情況的要求，可在母液中放入合適的載體；
[0017] (2)再將（1)所述的微孔材料或薄膜作為支撐載體，將其與離子液體或離子液體 與其他溶劑的分散劑接觸一定時(shí)間后，得到以微孔材料孔籠作為支撐載體的復(fù)合材料或薄 膜；
[0018] 其中，固液質(zhì)量比為0.001~1000,固液接觸的溫度為-30°c~300°C，時(shí)間為 Is ~8640000s。
[0019] (3)對(duì)得到的復(fù)合材料及薄膜進(jìn)行洗滌、烘干。
[0020] 本發(fā)明提供了所述新型復(fù)合材料或薄膜的制備方法，該復(fù)合材料或薄膜借助浸入 攪拌的后處理方法制備得到，具體步驟如下：
[0021] (1)按照常規(guī)合成方法合成多孔材料或薄膜，即將材料合成所需的全部前驅(qū)體溶 解于相應(yīng)的溶劑中，在一定溫度下反應(yīng)一段時(shí)間，將材料與母液分離，之后洗滌烘干待用， 膜的合成方法與此類(lèi)似，根據(jù)其對(duì)支撐情況的要求，可在母液中放入合適的載體；
[0022] (2)再將（1)所述的微孔材料或薄膜浸入到離子液體或離子液體與其他溶劑的分 散劑當(dāng)中，通過(guò)快速攪拌，形成以微孔材料孔籠作為支撐載體的復(fù)合材料或復(fù)合薄膜；
[0023] 其中，固液質(zhì)量比為0.001~1000,攪拌處理的溫度為-30°C~300°C，時(shí)間為 Is ~8640000s ;
[0024] (3)對(duì)得到的復(fù)合材料及薄膜進(jìn)行洗滌、烘干。
[0025] 本發(fā)明提供了所述新型復(fù)合材料或薄膜的制備方法，該復(fù)合材料或薄膜借助惰性 氣體加壓的后處理方法制備得到，具體步驟如下：
[0026] (1)按照常規(guī)合成方法合成多孔材料或薄膜，即將材料合成所需的全部前驅(qū)體溶 解于相應(yīng)的溶劑中，在一定溫度下反應(yīng)一段時(shí)間，將材料與母液分離，之后洗滌烘干待用， 膜的合成方法與此類(lèi)似，根據(jù)其對(duì)支撐情況的要求，可在母液中放入合適的載體；
[0027] (2)再將（1)所述的微孔材料或薄膜浸入到離子液體或離子液體與其他溶劑的分 散劑當(dāng)中，通過(guò)通入惰性氣體加壓操作，使離子液體進(jìn)入多孔材料的孔籠當(dāng)中，形成以多孔 材料孔籠作為支撐載體的