一種由微孔材料負載離子液體的復合材料或薄膜及其制備
【技術領域】
[0001] 本發明屬于發明專利領域，具體涉及一種由微孔材料負載離子液體的復合材料或 薄膜及其制備。
【背景技術】
[0002] 離子液體是一種由季銨陽離子，季膦陽離子，吡啶陽離子和咪唑陽離子所形成的 離子鹽類。通常這類鹽的熔點低于KKTC，有些甚至在室溫條件下就呈現出良好的流動狀 態，因而被稱為室溫離子液體。形成離子液體的陰離子部分種類繁多，常見的有鹵素離子， 硝酸根離子，羧酸根離子，四氟化硼負離子，六氟化磷負離子，雙(三氟甲磺酰亞胺）負離子。 離子液體的蒸氣壓幾乎可以忽略，同時它的理化性質又很容易通過變換陰陽離子的種類來 加以調節，可以說，離子液體是一種綠色環保的溶劑，離子液體的開發，是人類向綠色化工 生產和可持續發展邁進的重要一步。最近幾十年來，關于離子液體的設計，開發和應用研究 層出不窮。離子液體，在催化、有機合成、氣體吸附、磁性和熒光材料、分析化學領域發揮著 舉足輕重的作用。
[0003] 近年來的一系列研究表明，室溫離子液體，特別是由咪唑陽離子和雙(三氟甲磺酰 亞胺）陰離子形成的室溫離子液體對二氧化碳、二氧化硫、硫化氫等小分子氣體具有很好的 溶解性，被譽為新一代的二氧化碳捕獲劑，在二氧化碳的捕獲和分離領域發揮重要作用。離 子液體對氣體溶解性質的作用機理與傳統的有機溶劑(如丙酮，正己烷等）對氣體的溶解機 制十分類似，即依靠分子間偶極/誘導偶極的相互作用以及分子色散力。將離子液體負載 于多孔載體當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 國內外科學家的廣泛關注。這類支撐型離子液體膜，除了用于氣體分離外。還廣泛應用于 液體分離，離子分離，滲透氣化，電化學，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)。這類載體材料具有單一或多級的孔結構，孔尺寸 大于2nm甚至超過50nm。以這類材料作為載體可以有效降低離子液體進入其孔深處的阻 力。然而，根據拉普拉斯方程，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。那么在實際的高壓氣體吸附和分離的應用中，就會出現因氣壓過大造成的液膜流失問 題，大大限制了液膜的應用前景。一些研究組采用納濾的有機聚合物膜作為載體，可以大大 提高離子液體膜的使用壓力。
[0005] 本發明提出一種以微孔材料擔載離子液體的新型微孔材料離子液體復合材料和 微孔材料離子液體復合膜，并涉及一系列高效的復合材料和復合薄膜制備方法，包括原位 合成方法和后處理方法。根據國際純粹和應用化學聯合會的規定，微孔材料是指孔徑小于 2nm的一類重要的多孔材料，可以有效地對液體和氣體分子起到篩分作用。利用這一類微孔 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材料的孔 籠之中，制備出微孔材料離子液體復合材料。這類材料在實際應用中可作為吸附劑，在原有 微孔材料的基礎之上，利用離子液體優異的溶劑特性和對二氧化碳、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，將這類微孔材料拓 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中，制備 出以微孔材料作為支撐的復合型液膜，選擇性分離和純化氣體混合物。這種微孔材料擔載 離子液體的新型微孔材料離子液體復合材料和微孔材料離子液體復合膜，利用較小尺寸的 微孔孔籠，對離子液體起到有效的限域作用，實現離子液體的固載化。根據拉普拉斯方程， 這一材料的開發，將會大大提高材料的穩定性，特別是利于實現高壓下的氣體分離。相比于 以微濾納濾膜作為載體的離子液體膜，這類材料將具有更好的工業前景。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于提供一種由微孔材料負載離子液體的新型復合材料或薄膜及 其制備方法，該復合材料或薄膜是利用微孔材料的孔籠作為支撐載體來負載離子液體的一 種新型復合材料或復合薄膜。
[0007] 本發明提供了一種由微孔材料負載離子液體的新型復合材料或薄膜，該復合材料 或薄膜是利用微孔材料的孔籠作為支撐載體來負載離子液體的復合材料或薄膜；
[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離子型，季膦陽離子型，吡啶陽離子型，咪唑陽離子型離子 液體中的任意一種。
[0010] 本發明提供了所述新型復合材料或薄膜的制備方法，該復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)在常規合成策略的基礎上改進，將合成多孔材料的前驅體與離子液體或離子 液體與其他溶劑的相溶物進行原位合成，得到微孔材料離子液體復合材料或微孔材料離子 液體復合膜；
[0012] 其中，原位合成的溫度為-30°c~300°C，時間為Is~8640000s ;
[0013] (2)將上述步驟所得的反應混合物冷卻至室溫，并通過離心分離獲得復合材料或 薄膜；
[0014] (3)對得到的復合材料及薄膜進行洗滌、烘干。
[0015] 本發明提供了所述新型復合材料或薄膜的制備方法，該復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體溶 解于相應的溶劑中，在一定溫度下反應一段時間，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似，根據其對支撐情況的要求，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間后，得到以微孔材料孔籠作為支撐載體的復合材料或薄 膜；
[0018] 其中，固液質量比為0.001~1000,固液接觸的溫度為-30°c~300°C，時間為 Is ~8640000s。
[0019] (3)對得到的復合材料及薄膜進行洗滌、烘干。
[0020] 本發明提供了所述新型復合材料或薄膜的制備方法，該復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體溶 解于相應的溶劑中，在一定溫度下反應一段時間，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似，根據其對支撐情況的要求，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 散劑當中，通過快速攪拌，形成以微孔材料孔籠作為支撐載體的復合材料或復合薄膜；
[0023] 其中，固液質量比為0.001~1000,攪拌處理的溫度為-30°C~300°C，時間為 Is ~8640000s ;
[0024] (3)對得到的復合材料及薄膜進行洗滌、烘干。
[0025] 本發明提供了所述新型復合材料或薄膜的制備方法，該復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體溶 解于相應的溶劑中，在一定溫度下反應一段時間，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似，根據其對支撐情況的要求，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 散劑當中，通過通入惰性氣體加壓操作，使離子液體進入多孔材料的孔籠當中，形成以多孔 材料孔籠作為支撐載體的