一种离子型共价有机框架膜材料的制备方法及应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115814601A(43)申请公布日2023.03.21(21)申请号202211366611.9B01D71/34(2006.01)(22)申请日2022.10.31B01D67/00(2006.01)(71)申请人浙江大学地址310058浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号(72)发明人孙琦县维鹏左修慧(74)专利代理机构杭州中成专利事务所有限公司33212专利代理师周世骏(51)Int.Cl.B01D61/44(2006.01)B01D71/38(2006.01)B01D71/68(2006.01)B01D71/26(2006.01)B01D71/42(2006.01)权利要求书2页说明书17页附图7页(54)发明名称一种离子型共价有机框架膜材料的制备方法及应用(57)摘要本发明涉及膜材料制备技术，旨在提供一种离子型共价有机框架膜材料的制备方法及应用。本发明通过使用液液界面聚合法，在常压和25‑70℃下制备离子型共价有机框架薄膜，水相为胺类单体和酸类催化剂的混合溶液，油相为醛类单体的有机溶液。根据膜材料结构中荷电电性的不同，膜材料分为阴离子型共价有机框架膜材料和阳离子型共价有机框架膜材料，分别用于传输阳离子和阴离子。本发明的产品具有高电荷密度，在浓度梯度的作用下能够选择性运输电性相反的离子，可实现盐差能和低品位热能同时转化。由于具有刚性的骨架结构，膜结构不易发生溶胀，可有效减小膜电阻，是高通量高离子选择性薄膜的理想材料；具有高机械强度和长期稳定性，方便进行二次组装。CN115814601ACN115814601A权利要求书1/2页1.一种离子型共价有机框架膜材料的制备方法，其特征在于，包括：(1)以含有胺类单体和酸类催化剂的水溶液作为水相溶液，以含有醛类单体的有机溶液作为油相溶液；先向反应容器中加入密度大的溶液，然后在其上部加注密度小的溶液，保持静止以使两相分界清晰；在常压和25～70℃条件下反应3～7天，在界面处发生聚合反应并生成离子型共价有机框架膜材料；所述胺类单体和醛类单体的官能度之和大于2+2，以在界面聚合反应过程中形成无限扩展的框架材料；(2)取出膜材料，用甲醇、乙醇和去离子水溶液进行浸泡洗涤，以便去除残留的未反应单体和催化剂，得到高离子选择性的离子型共价有机框架膜材料；根据膜材料结构中荷电电性的不同，该膜材料分为阴离子型共价有机框架膜材料和阳离子型共价有机框架膜材料，分别用于传输阳离子和阴离子。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述胺类单体是下述的至少一种：溴化乙锭、三氨基胍盐酸盐、2,2'‑((2,5‑二(肼羰基)‑1,4‑亚苯基)双(氧基))双(N,N,N‑三甲基乙烷‑1‑胺)、2,5‑二氨基苯磺酸钠、1,3,5‑三(4‑氨基苯基)苯、2,5‑二氨基苯甲酸、4,8‑双(4‑氨基苯基)‑1,3,5,7‑四甲基‑3,7‑二氢苯并[1,2‑d:4,5‑d']二咪唑‑1,5‑二铵、5,10,15,20‑四(4‑氨基苯)‑21H,23H‑卟啉、联苯胺、2,5‑二氨基苯磺酸、对苯二胺。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述醛类单体是下述的任意一种：三醛基间苯三酚、2,5‑二羟基对苯二甲醛、5'‑(4‑甲酰基苯基)‑[1,1':3',1”‑三联苯]‑4,4”‑二甲醛、1,3,5‑均苯三甲醛。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸类催化剂是下述的至少一种：乙酸、对甲苯磺酸、三氟乙酸、三氟甲烷磺酸。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂是下述的任意一种：异丙醇、邻二氯苯、甲苯、二氯甲烷、均三甲苯、乙酸乙酯。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在不改变孔道结构的情况下对纳米孔道内荷电密度进行调控，具体包括：将某一醛类单体与对称性及长度一致的荷电的胺类单体及不荷电的胺类单体共聚，实现对膜材料孔道内基团荷电密度的调控。7.根据权利要求1至6任意一项中所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述离子型共价有机框架膜材料转移到用作基底的超微滤膜上，具体操作如下：将洗涤后的膜材料转移到装有去离子水的培养皿中，将基底移至膜材料的下方，使膜材料与贴合；缓慢移动基底直至膜材料与基底完全贴合，得到具有基地支撑的离子型共价有机框架膜材料。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述用作基底的超微滤膜，是下述的任意一种：聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜、磺化聚醚醚酮、磺化聚砜、磺化聚醚砜，以及聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈或聚偏氟乙烯。9.权利要求书1或8所述方法制备获得的离子型共价有机框架膜材料的应用方法，其特征在于，是将所述离子型共价有机框架膜材料用于搭建RED系统以实现盐差能和低品位热能转化，具体包括：将阴离子型共价有机框架膜材料和阳