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专利号: 2022112205492
申请人: 江苏海洋大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 一般的物理或化学的方法或装置
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种快速合成无缺陷金属‑有机骨架MOF膜材料的制备方法,其特征在于具体包括如下步骤:

步骤(1)在聚砜膜表面依次涂覆聚二甲基硅氧烷PDMS和聚乙烯醇PVA,制备得到亲水改性聚砜膜MPSf;

步骤(2)采用低温固相合成法,较高pKa配体和金属盐在步骤(1)所得的亲水改性聚砜膜表面原位合成金属复合纳米片膜,得到金属纳米片膜/亲水改性聚砜膜H/MPSf;

步骤(3)将步骤(2)制备获得的金属纳米片膜/亲水改性聚砜膜倒置浸入在含有较低pKa配体的甲醇/水溶液中,常温下静置反应充分后获得无缺陷金属‑有机骨架膜/金属纳米片膜/亲水改性聚砜膜材料MOF/H/MPSf;

所述的无缺陷金属‑有机骨架MOF膜材料由亲水改性聚砜膜、金属复合纳米片膜和金属‑有机骨架膜组成,金属复合纳米片膜原位生长在亲水改性聚砜膜表面,利用含有较高pKa配体的纳米片膜表面的金属源与较低pKa配体反应,无缺陷金属‑有机骨架膜在金属复合纳米片膜上原位合成;较高pKa配体为4‑氟苯甲酸pKa=4.15、4‑氯苯甲酸pKa=3.98、4‑溴苯甲酸pKa=3.96或4‑碘苯甲酸pKa=4.00;较低pKa配体为均苯三甲酸pKa=2.12或对苯二甲酸pKa=3.51。

2.根据权利要求1所述的一种快速合成无缺陷金属‑有机骨架MOF膜材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中所述聚砜为商品超滤聚砜膜,平均孔径为20‑50 nm。

3.根据权利要求1所述的一种快速合成无缺陷金属‑有机骨架MOF膜材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中所述聚二甲基硅氧烷的结构式为 其中n为300‑500;

所述的聚乙烯醇,聚合度=1700,醇解度=87‑89%。

4.根据权利要求1所述的一种快速合成无缺陷金属‑有机骨架MOF膜材料的制备方法,其特征在于:步骤(2)中所述的金属盐为无水醋酸铜。

5.根据权利要求1所述一种快速合成无缺陷金属‑有机骨架MOF膜材料的制备方法,其特征在于:步骤(3)中所述甲醇和水溶液的体积比为99:1‑1:50。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种快速合成无缺陷金属‑有机骨架MOF膜材料的制备方法,其特征在于所述的亲水改性聚砜膜厚度为50‑100nm、金属复合纳米片膜厚度为50‑800 nm,金属‑有机骨架MOF膜厚度为100‑5000 nm,其中金属‑有机骨架MOF膜厚度可根据金属复合纳米片膜在亲水改性聚砜膜表面的生长密度进行调节。

7.根据权利要求1所述的一种快速合成无缺陷金属‑有机骨架MOF膜材料的制备方法,其特征在于所述的步骤(1)通过如下操作步骤实现:首先配制浓度为0.1wt%‑1.0wt%的聚二甲基硅氧烷PDMS/正庚烷溶液,用刮刀将上述PDMS/正庚烷溶液涂覆在聚砜表面上,涂覆厚度为0.03µm ‑1.00µm,然后在温度为60℃、湿度为40% RH的条件下干燥16‑24h,得到涂覆有PDMS的聚砜膜;其次配制浓度为0.01wt%‑

0.5wt%的聚乙烯醇PVA水溶液,将涂覆有PDMS的聚砜浸泡在上述PVA/水溶液中,反应0.5‑4h后,在30℃和40%RH条件下继续干燥4‑12h,得到亲水改性聚砜膜MPSf。

8.根据权利要求1所述的一种快速合成无缺陷金属‑有机骨架MOF膜材料的制备方法,其特征在于所述的步骤(2)通过如下操作步骤实现:首先将浓度为5‑150mmol/L的较高pKa配体/甲醇溶液均匀涂覆在步骤(1)所得的亲水改性聚砜表面,涂覆厚度为20nm‑200nm,然后在30℃和40%RH条件下干燥4‑8h,得到涂覆有较高pKa配体的亲水改性聚砜膜;其次将涂覆有较高pKa配体的亲水改性聚砜膜浸泡在浓度为0.25wt%的金属盐/水溶液中0.5 h‑2h,然后在30℃和40%RH条件下干燥24h,得到金属复合纳米片膜/亲水改性聚砜膜H/MPSf。

9.根据权利要求1所述的一种快速合成无缺陷金属‑有机骨架MOF膜材料的制备方法,其特征在于所述的步骤(3)通过如下操作步骤实现:首先配制浓度为0.1mmol/L‑100mmol/L较低pKa配体的甲醇/水溶液,将步骤(2)所得的金属复合纳米片膜/亲水改性聚砜膜倒置浸入在上述较低pKa配体的甲醇/水溶液中,在常温下静置反应4‑24小时,用甲醇充分清洗膜表面2次,然后在30℃和40%RH条件下干燥24h,得到无缺陷金属‑有机骨架膜/金属纳米片膜/亲水改性聚砜膜材料MOF/H/MPSf。