阅读说明：本技术 一种离子液体功能化氟化铈多孔纳米片及制备方法和应用、混合基质膜及制备方法和应用 (Ionic liquid functionalized cerium fluoride porous nanosheet, preparation method and application thereof, mixed matrix membrane, preparation method and application thereof ) 是由 张玉忠 马蔷 辛清萍 李泓 于 2020-06-08 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种离子液体功能化氟化铈多孔纳米片及制备方法和应用、混合基质膜及制备方法和应用,属于气体分离膜技术领域。本发明中,离子液体中含有碱性基团,具有CO<Sub>2</Sub>亲和作用,能够增加酸性气体吸附位点,能够促进酸性气体的溶解-扩散,提高酸性气体的选择性和渗透性；氟化铈多孔纳米片是具有层间通道、丰富的纳米孔结构,具有特殊的氟-铈单原子层与层间乙酸根交替堆积结构,形成0.344nm的层间距,可对不同分子动力学直径的气体分子进行筛分,提高选择性,并且使气体分子传输速度加快,进一步提高气体渗透性。(The invention provides an ionic liquid functionalized cerium fluoride porous nanosheet, a preparation method and application thereof, a mixed matrix membrane, a preparation method and application thereof, and belongs to the technical field of gas separation membranes. In the invention, the ionic liquid contains basic groups and has CO 2 Affinity, which can increase the adsorption sites of the acid gas, promote the dissolution-diffusion of the acid gas and improve the selectivity and permeability of the acid gas; the cerium fluoride porous nano-sheet has an interlayer channel, a rich nano-pore structure, a special fluorine-cerium monoatomic layer and interlayer acetate alternate stacking structure, a 0.344nm interlayer spacing is formed, gas molecules with different molecular dynamics diameters can be screened, the selectivity is improved, the transmission speed of the gas molecules is accelerated,further improving the gas permeability.)

一种离子液体功能化氟化铈多孔纳米片及制备方法和应用、 混合基质膜及制备方法和应用

技术领域

本发明涉及气体分离膜技术领域，尤其涉及一种离子液体功能化氟化铈多孔纳米片及制备方法和应用、混合基质膜及制备方法和应用。

背景技术

日常生产生活中会产生大量的CO₂，当空气中CO₂含量过高时会引起温室效应，导致全球变暖等气候问题。因此，急需研发高效的CO₂捕集技术。膜分离技术由于成本低、能耗低和绿色环保等优点，被认为是具有良好应用前景的CO₂捕集方法，研究开发具有良好渗透和选择性能的膜材料是提高膜分离技术竞争性的关键。

现有技术中的膜材料，如CN108358233A中公开的镧系元素氟化物二维多孔纳米片膜材料，存在对酸性气体的渗透性和选择性不佳的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种离子液体功能化氟化铈多孔纳米片及制备方法和应用、混合基质膜及制备方法和应用。本发明提供的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的离子液体含有碱性基团，对酸性气体具有优异的渗透性和选择性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种离子液体功能化氟化铈多孔纳米片，包括氟化铈多孔纳米片和离子液体；所述氟化铈多孔纳米片通过静电吸附作用与所述离子液体结合，所述离子液体中含有碱性基团；所述氟化铈多孔纳米片由氟-铈单原子层与层间乙酸根交替堆积排列而成。

优选地，所述离子液体包括1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑硝酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐中的一种或多种。

优选地，所述氟化铈多孔纳米片由直径为0.5～5nm的纳米颗粒组装而成。

优选地，所述离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的平均孔径为0.1～10nm。

本发明还提供了上述技术方案所述的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的制备方法，包括以下步骤：

在氮气气氛中，将水溶性铈盐与乙酸钠水溶液混合，得到混合液；

将含氟盐水溶液与所述混合液混合进行沉淀反应，得到氟化铈多孔纳米片；

将所述氟化铈多孔纳米片的水溶液与离子液体共混，得到所述离子液体功能化氟化铈多孔纳米片。

优选地，所述氟化铈多孔纳米片的水溶液与离子液体的质量比为(5～20):1，所述氟化铈多孔纳米片的水溶液的浓度为0.01～0.06mg/mL。

优选地，所述共混的时间为4～72h。

本发明还提供了一种混合基质膜，包括以下质量分数的组分：离子液体功能化氟化铈多孔纳米片0.5％～30％和聚氧乙烯基高分子70％～99.5％，所述离子液体功能化氟化铈多孔纳米片为上述技术方案所述的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片或上述技术方案所述制备方法制得的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片。

本发明还提供了上述技术方案所述的混合基质膜的制备方法，包括以下步骤：

将离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的溶液与聚氧乙烯基高分子的溶液混合，得到铸膜液；

将所述铸膜液依次进行脱泡、溶剂挥发和真空干燥，得到所述混合基质膜。

本发明还提供了上述技术方案所述的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片或本发明还提供了上述技术方案所述的混合基质膜在气体分离领域中的应用。

本发明提供了一种离子液体功能化氟化铈多孔纳米片，包括氟化铈多孔纳米片和离子液体；所述氟化铈多孔纳米片通过静电吸附作用与所述离子液体结合，所述离子液体中含有碱性基团；所述氟化铈多孔纳米片由氟-铈单原子层与层间乙酸根交替堆积排列而成。本发明中，离子液体中含有碱性基团，具有CO₂亲和作用，能够增加酸性气体吸附位点，能够促进酸性气体的溶解-扩散，提高酸性气体的选择性和渗透性；氟化铈多孔纳米片是具有层间通道、丰富的纳米孔结构，具有特殊的氟-铈单原子层与层间乙酸根交替堆积结构，形成0.344nm的层间距，可对不同分子动力学直径的气体分子进行筛分，提高选择性，并且使气体分子传输速度加快，进一步提高气体渗透性。

进一步地，本发明中离子液体包括1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑硝酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐中的一种或多种，离子液体中含有的咪唑基团进一步提高了对酸性气体的吸附性能。

本发明还提供了离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的制备方法，制备过程无需添加模板，适应范围广泛，操作过程简便，绿色安全无污染，且所制备的氟化铈多孔纳米片结晶性良好，在功能化过程中未被破坏。

本发明还提供了一种混合基质膜，是一种高分子-无机混合基质膜，兼具高分子膜和无机膜的优点、克服各自部分缺点，利用无机颗粒对膜内高分子链的排布进行干扰，对膜的微观结构和自由体积进行调控和优化，提高膜的孔隙、气体渗透系数，为分离膜发展提供一个新的路径，包括以下质量分数的组分：离子液体功能化氟化铈多孔纳米片0.5％～30％和聚氧乙烯基高分子70％～99.5％，以离子液体功能化氟化铈多孔纳米片为分散相，以聚氧乙烯基高分子基质为连续相，能够有效克服高分子基质膜内的trade-off效应，将离子液体功能化氟化铈多孔纳米片作为填充剂制备高分子-无机混合基质膜，离子液体功能化氟化铈多孔纳米片中的F元素易与聚氧乙烯基高分子中的氢形成氢键，使其具有良好的界面相容和界面结合力，且氢键能够增加气体分子与离子液体功能化氟化铈多孔纳米片之间的亲和力，且由于气体分子在离子液体功能化氟化铈多孔纳米片中传输速度要远远高于在聚氧乙烯基高分子基质中的传输速度，从而提高了气体渗透性，提供的混合基质膜不仅能够提高对酸性气体的选择性和渗透性，还能够改善高分子-无机混合基质膜的机械性能。

本发明还提供了混合基质膜的制备方法，通过简单的物理共混，将离子液体功能化氟化铈多孔纳米片添加至聚氧乙烯基高分子基质中，离子液体功能化氟化铈多孔纳米片在膜内可起到尺寸筛分的作用从而提升气体分离性能；可改变聚氧乙烯基高分子基质的链段运动性和相分离结构，为气体传递提供更多的自由体积；离子液体功能化氟化铈多孔纳米片与聚氧乙烯基高分子具有良好的界面相容性，碱性基团的存在，有利于提高气体渗透性能。

附图说明

图1为实施例1制备得到的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的低倍TEM图；

图2为实施例1制备得到的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的高倍TEM图；

图3为实施例1制备得到的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片及氟化铈多孔纳米片X-射线衍射图；

图4为实施例1制备得到的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的傅里叶红外光谱图；

图5为实施例1制备得到的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片孔径分布图；

图6为对比例1制得的聚氧乙烯基高分子纯膜的断面局部SEM图；

图7为实施例6制得的混合基质膜的断面局部SEM图。

具体实施方式

本发明提供了一种离子液体功能化氟化铈多孔纳米片(f-F-Ce)，包括氟化铈多孔纳米片(F-Ce)和离子液体(ILs)；所述氟化铈多孔纳米片通过静电吸附作用与所述离子液体结合，所述离子液体中含有碱性基团；所述氟化铈多孔纳米片由氟-铈单原子层与层间乙酸根交替堆积排列而成。

在本发明中，所述离子液体优选包括1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑硝酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐中的一种或多种。本发明对所述离子液体的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备方法制得或采用市售商品即可。

在本发明中，所述氟化铈多孔纳米片优选由直径为0.5～5nm的纳米颗粒组装而成。

在本发明中，所述离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的平均孔径优选为0.1～10nm，更优选为3.057nm。在本发明中，所述离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的层间距优选为0.344nm。

本发明还提供了上述技术方案所述的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的制备方法，包括以下步骤：

在氮气气氛中，将水溶性铈盐与乙酸钠水溶液混合，得到混合液；

将含氟盐水溶液与所述混合液混合进行沉淀反应，得到氟化铈多孔纳米片；

将所述氟化铈多孔纳米片的水溶液与离子液体共混，得到所述离子液体功能化氟化铈多孔纳米片。

本发明在氮气气氛中，将水溶性铈盐与乙酸钠水溶液混合，得到混合液。在本发明中，所述水溶性铈盐优选为硝酸铈，所述混合液中硝酸铈的浓度优选为5～100mg/mL，所述硝酸铈与乙酸钠的摩尔比优选为1:(1～10)。在本发明中，所述混合的时间优选为12～72h，所述混合的温度优选为7～50℃。

得到混合液后，本发明将含氟盐水溶液与所述混合液混合进行沉淀反应，得到氟化铈多孔纳米片。在本发明中，所述含氟盐水溶液的浓度优选为5～100mg/mL，所述含氟盐水溶液与混合液优选按照氟元素与铈元素摩尔比为(0.1～10):1混合。在本发明中，所述含氟盐水溶液中的含氟盐优选包括氟化铵、氟化钠、氟化钾、氟硼酸钾、氟硅酸钾和四丁基氟化铵中的一种或多种。

在本发明中，所述沉淀反应的温度优选为15～25℃，时间优选为0.5～24h。

得到氟化铈多孔纳米片后，本发明将所述氟化铈多孔纳米片的水溶液与离子液体共混，得到所述离子液体功能化氟化铈多孔纳米片。

在本发明中，所述氟化铈多孔纳米片的水溶液与离子液体的质量比优选为(5～20):1，所述氟化铈多孔纳米片的水溶液的浓度优选为0.01～0.06mg/mL。

在本发明中，所述共混的时间优选为4～72h，更优选为8h，所述共混的温度优选为7～50℃。

本发明还提供了一种混合基质膜，包括以下质量分数的组分：离子液体功能化氟化铈多孔纳米片0.5％～30％和聚氧乙烯基高分子70％～99.5％，所述离子液体功能化氟化铈多孔纳米片为上述技术方案所述的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片或上述技术方案所述制备方法制得的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片。

在本发明中，所述离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的质量分数优选为4％～30％，更优选为10％～20％。

在本发明中，所述聚氧乙烯基高分子的型号优选为聚氧乙烯基高分子Pebax1657。

在本发明中，所述混合基质膜的厚度优选为80～200μm。

本发明还提供了上述技术方案所述的混合基质膜的制备方法，包括以下步骤：

将离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的溶液与聚氧乙烯基高分子的溶液混合，得到铸膜液；

将所述铸膜液依次进行脱泡、溶剂挥发和真空干燥，得到所述混合基质膜。

本发明优选将离子液体功能化氟化铈多孔纳米片加入至复合溶剂中进行超声分散，得到所述离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的溶液，将聚氧乙烯基高分子加入至复合溶剂中，得到所述聚氧乙烯基高分子的溶液。本发明分次混合，能够使离子液体功能化氟化铈多孔纳米片在铸膜液中的分散性更好。

在本发明中，优选在80℃下回流搅拌1～3h得到所述聚氧乙烯基高分子的溶液。

在本发明中，所述复合溶剂优选由乙醇和水按照质量比为7:3混合而成。

在本发明中，所述离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的溶液的质量分数优选为0.05％～0.1％；所述聚氧乙烯基高分子的溶液的质量分数优选为3％～15％。

本发明优选将所述铸膜液脱泡并倾倒于洁净的聚四氟乙烯培养皿，待溶剂挥发和真空干燥后，得到所述混合基质膜。在本发明中，所述溶剂挥发的温度优选为15～25℃，时间优选为24～72h；所述真空干燥的温度优选为40～60℃，时间优选为24～48h。

本发明还提供了上述技术方案所述的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片或本发明还提供了上述技术方案所述的混合基质膜在气体分离领域中的应用。

在本发明中，所述应用优选包括CO₂和CH₄，O₂和N₂，H₂和N₂，H₂和CH₄，CO₂和N₂，H₂和CO₂的分离。

为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片及制备方法和应用、混合基质膜及制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

制备1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐离子液体功能化氟化铈多孔纳米片：

(a)取300mL纯水加入至三口烧瓶中，在鼓入氮气20min后，依次加入3.6mmol硝酸铈和3.6mmol乙酸钠固体粉末，其中硝酸铈和乙酸钠的摩尔比为1:1，25℃条件下经搅拌后溶解，得混合液；

(b)将20mL、5mg/mL的氟化铵水溶液加至上述混合液中，室温条件下搅拌反应2h，经离心、冷冻干燥后即可获得氟化铈多孔纳米片；

(c)将(b)所得氟化铈多孔纳米片水溶液与1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐离子液体以质量比10:1充分共混8h，得离子液体功能化氟化铈多孔纳米片。

实施例2

与实施例1相同，区别仅在于将步骤(c)中“充分共混48h”修改为“充分共混72h”。

实施例3

与实施例1相同，区别仅在于将步骤(c)中“以质量比10:1充分共混”修改为“以质量比5:1充分共混”。

实施例4

与实施例1相同，区别仅在于将步骤(c)中“1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐离子液体”修改为“1-乙基-3-甲基咪唑硝酸盐”。

实施例5

与实施例1相同，区别仅在于将步骤(c)中“1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐离子液体”修改为“1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸盐”。

实施例6

一种混合基质膜的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)取0.036g实施例1所述制得的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片加入至4mL复合溶剂(复合溶剂由乙醇和水按照7：3的质量比混合得到)中，超声分散3h，得功能化氟化铈多孔纳米片溶液。

(2)将0.9g聚氧乙烯基高分子加入到15.75g乙醇和6.75g水配成的乙醇与水复合溶剂中，在80℃下回流搅拌2h得到4wt％聚氧乙烯基高分子透明溶液。

(3)将上述离子液体功能化氟化铈多孔纳米片溶液加入至聚氧乙烯基高分子溶液中，搅拌2h得到铸膜液；将上述铸膜液脱泡并倾倒于洁净的聚四氟乙烯培养皿上，使溶剂室温下挥发24h，随后在45℃条件下真空干燥24h，得到厚度91μm的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片填充的聚氧乙烯基高分子混合基质膜，其中离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的质量分数4％。

实施例7

一种混合基质膜的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)取0.09g实施例1所述制得的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片加入至4mL复合溶剂(复合溶剂由乙醇和水按照7：3的质量比混合得到)中，超声分散3h，得功能化氟化铈多孔纳米片溶液。

(2)将0.9g聚氧乙烯基高分子加入到15.75g乙醇和6.75g水配成的乙醇与水复合溶剂中，在80℃下回流搅拌2h得到4wt％聚氧乙烯基高分子透明溶液。

(3)将上述离子液体功能化氟化铈多孔纳米片溶液加入至聚氧乙烯基高分子溶液中，搅拌2h得到铸膜液；将上述铸膜液脱泡并倾倒于洁净的聚四氟乙烯培养皿上，使溶剂室温下挥发24h，随后在45℃条件下真空干燥24h，得到厚度91μm的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片填充的聚氧乙烯基高分子混合基质膜，其中离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的质量分数10％。

实施例8

与实施例7相同，区别仅在于将步骤(1)中“取0.09g上述制得的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片”修改为“取0.18g上述制得的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片”，制备得到厚度为93μm聚氧乙烯基高分子-离子液体功能化氟化铈多孔纳米片混合基质膜，其中膜内离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的质量分数20％。

实施例9

与实施例7相同，区别仅在于将步骤(1)中“取0.09g上述制得的功能化氟化铈多孔纳米片”修改为“取0.267g上述制得的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片”，制备得到厚度为95μm聚氧乙烯基高分子-离子液体功能化氟化铈多孔纳米片混合基质膜，其中离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的质量分数为30％。

实施例10

一种混合基质膜的制备方法：

(1)制备一种功能化氟化铈多孔纳米片：

(a)取300mL纯水加入至三口烧瓶中，在鼓入氮气20min后，依次加入3.6mmol硝酸铈和3.6mmol乙酸钠固体粉末，其中硝酸铈和乙酸钠的摩尔比为1:1，室温条件下经搅拌后溶解，得混合液；

(b)将20mL、5mg/mL的氟化铵水溶液加至上述混合液中，室温常压下搅拌反应2h，经离心、冷冻干燥后即可获得氟化铈多孔纳米片；

(c)将(b)所得氟化铈多孔纳米片水溶液与1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐离子液体以质量比10:1充分共混48h，得离子液体功能化氟化铈多孔纳米片。

取0.3375g上述制得的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片加入至4mL复合溶剂(复合溶剂由乙醇和水按照7：3的质量比混合得到)中，超声分散3h，得离子液体功能化氟化铈多孔纳米片溶液。

(2)将3.375g聚氧乙烯基高分子加入到15.75g乙醇和6.75g水配成的乙醇与水复合溶剂中，在80℃下回流搅拌2h得到15wt％聚氧乙烯基高分子透明溶液。

(3)将上述离子液体功能化氟化铈多孔纳米片溶液加入至聚氧乙烯基高分子溶液中，搅拌2h得到铸膜液；将上述铸膜液脱泡并倾倒于洁净的聚四氟乙烯培养皿上，使溶剂室温下挥发24h，随后在45℃条件下真空干燥24h，得到厚度约80μm的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片填充的聚氧乙烯基高分子混合基质膜，其中离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的质量分数为10％。

对比例1

一种聚氧乙烯基高分子膜的制备方法：

首先，将0.9g聚氧乙烯基高分子加入到15.75g乙醇和6.75g水配成的乙醇与水的溶液，在80℃下回流搅拌2h得到4wt％聚氧乙烯基高分子透明溶液；然后，搅拌2h。最后，将上述铸膜液脱泡并倾倒于洁净的聚四氟乙烯培养皿上，使溶剂室温挥发24h，随后在45℃真空干燥24h，得到纯的聚氧乙烯基高分子高分子膜。

对比例2

一种混合基质膜的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)制备氟化铈多孔纳米片：

(a)取300mL纯水加入至三口烧瓶中，在鼓入氮气20min后，依次加入3.6mmol硝酸铈和3.6mmol乙酸钠固体粉末，其中硝酸铈和乙酸钠的摩尔比为1:1，25℃条件下经搅拌后溶解，得混合液；

(b)将20mL、5mg/mL的氟化铵水溶液加至上述混合液中，室温条件下搅拌反应2h，经离心、冷冻干燥后即可获得氟化铈多孔纳米片。

取0.036g上述制得的氟化铈多孔纳米片加入至4mL复合溶剂(复合溶剂由乙醇和水按照7：3的质量比混合得到)中，超声分散3h，得氟化铈多孔纳米片溶液。

(2)将0.9g聚氧乙烯基高分子加入到15.75g乙醇和6.75g水配成的乙醇与水复合溶剂中，在80℃下回流搅拌2h得到4wt％聚氧乙烯基高分子透明溶液。

(3)将上述氟化铈多孔纳米片溶液加入至聚氧乙烯基高分子溶液中，搅拌2h得到铸膜液；将上述铸膜液脱泡并倾倒于洁净的聚四氟乙烯培养皿上，使溶剂室温下挥发24h，随后在45℃条件下真空干燥24h，得到厚度91μm的氟化铈多孔纳米片填充的聚氧乙烯基高分子混合基质膜，其中氟化铈多孔纳米片的质量分数4％。

性能表征

一、离子液体功能化氟化铈多孔纳米片性能表征

(1)将上述实施例1制备得到的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片，采用高倍透射电镜观察，型号为Hitachi H7650型透射电镜(荷兰FEI公司)。将样品以乙醇作为分散液进行超声振荡30min至样品充分分散，取少量滴于铜网正面，干燥后即可用于TEM测试。采用X-射线衍射仪进行测试(XRD)，通过型号D8 DISCOVER X射线衍射仪在5～40°的范围内检测离子液体功能化氟化铈多孔纳米片及氟化铈多孔纳米片的衍射谱图。傅立叶红外光谱(FT-IR)测试采用BRUKER Vertex 70型红外光谱(美国布鲁克公司)对纳米片的化学结构进行检测，谱区扫描范围400～4000cm^-1，分辨率为4cm^-1。实验中均采用透射法采集样品的红外光谱。测试结果如图1～4所示，其中图1为实施例1制备得到的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的低倍TEM图；图2为实施例1制备得到的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的高倍TEM图；图3为实施例1制备得到的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片及氟化铈多孔纳米片X-射线衍射图；图4为实施例1制备得到的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片的傅里叶红外光谱图。

分析图1～4可知，TEM图中的离子液体功能化氟化铈具有较低的背景衬度，证明所制备的材料为纳米材料，纳米片上部分小区域具有更低的背景对比度，说明纳米片为多孔纳米片。结合高倍TEM图对单个纳米片的断面测试结果与XRD测试结果可知，功能化计算可知离子液体修饰的功能化氟化铈多孔纳米片晶体结构未发生变化，结晶性良好，且层间距为0.344nm。FT-IR的测试结果表明碱性基团成功负载。

(2)将实施例1制备得到的离子液体功能化氟化铈多孔纳米片进行全自动物理化学吸附仪测试，采用美国康塔公司的NOVA 1000型气体吸附分析仪对样品在室温下进行测试表征。得到的结果如图5所示，结果显示离子液体功能化氟化铈多孔纳米片平均孔径为3.057nm。与TEM图片所反映的结果一致，进一步证明F-Ce纳米片为多孔纳米片。

二、聚氧乙烯基高分子-离子液体功能化氟化铈多孔纳米片混合基质膜的性能表征

(1)对本发明实施例6制得的聚氧乙烯基高分子-离子液体功能化氟化铈多孔纳米片混合基质膜和对比例1制得的聚氧乙烯基高分子膜进行SEM表征，采用日本日立S-4800型扫描电子显微镜。测试时将干燥的样品通过导电胶粘贴在样品台上，喷金后放入设备观察。

结果如图6～7所示，图6为对比例1制得的聚氧乙烯基高分子纯膜的断面局部SEM图，图7为实施例6制得的聚氧乙烯基高分子-离子液体功能化氟化铈多孔纳米片混合基质膜的断面局部SEM图，通过SEM测试结果的结合观察可知，离子液体功能化氟化铈多孔纳米片在聚氧乙烯基高分子基质中具有良好的分散性和界面相容性。

(2)分别取实施例6～9、对比例1～2制备得到的薄膜，剪取一定面积的薄膜样品，测量其渗透性和选择性，得到气体分离性能。

渗透性测量：

Barrer(1barrer＝10^-10cm³(STP)cm/(cm²s·cmHg))作为气体渗透性的单位。

气体的渗透性通过定体积变压法测量，在膜的一侧施加一定压力的气体。而在另一侧，即渗透侧，记录压力随时间的变化。具体的是在干燥状态下使用恒体积变压法测试膜的纯气渗透性能，原料气压力为2bar，温度为35℃，膜的气体渗透系数和分离系数等结果如表1所示。由上述表1的结果可以得知，随离子液体功能化氟化铈多孔纳米片填充量的增加，膜的气体渗透性呈现先增加后降低的趋势。与聚氧乙烯基高分子膜相比，填充量为10％的聚氧乙烯基高分子-离子液体功能化氟化铈多孔纳米片混合基质膜的CO₂渗透系数从95.4Barrer增加145.5Barrer，CO₂/CH₄纯气分离系数从12.2增加到22.7。与填充量同为4％的聚氧乙烯基高分子-氟化铈多孔纳米片混合基质膜相比，CO₂渗透系数从97.7Barrer增加126.7Barrer，CO₂/CH₄纯气分离系数从15.8增加到16.5，说明离子液体功能化氟化铈多孔纳米片制备的混合基质膜较同添加量的未使用离子液体改性的纳米片制备的混合基质膜相比，气体渗透性与二氧化碳甲烷混合气的选择性有所提高。

通过下式计算气体渗透性:

纯气分离系数α_A/B通过以下等式获得:

α_A/B＝P_A/P_B

P_A和P_B分别代表气体A和B的渗透系数。

表1实施例6～10、对比例1～2制备得到的薄膜的气体分离性能

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。