基于金属有机骨架构建的杂化膜的制备及其气体分离性能的研究
文献类型：期刊论文
| 作者 | 周峰 |
| 刊名 | 中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
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| 出版日期 | 2017 |
| 页码 | 82 |
| 关键词 | 金属有机骨架 有机硅 聚酰亚胺 杂化膜 气体分离 |
| 产权排序 | 中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) |
| 英文摘要 | 与传统分离方法相比,膜分离具有节能、高效、环境友好等特点。杂化膜通过结合有机材料与无机材料的优势,在一定程度上弥补了有机膜机械强度差、不耐高温和无机膜质地脆、可塑性差的缺陷,从而吸引了大量科研工作者的关注。金属有机骨架材料(Metal-organic Frameworks,MOFs)作为一种新型材料,具有独特的骨架构型、超高的比表面积和孔隙率等特性,在杂化膜的制备研究中具有广阔的应用前景。管式杂化膜相对于平板膜而言,装填密度大,更利于气体的传输,但是往往由于成膜过程中针孔和缺陷的难以控制,使得制备过程比较困难。因此,探索基于金属有机骨架构建的杂化膜制备方法具有重要的学术价值和工业应用前景。本文选取了三种比较常见且稳定性较好的MOFs,CAU-1、NH_2-MIL-53(Al)和ZIF-8作为研究对象,分别掺杂到有机硅和聚酰亚胺(Polyimide,PI)中,探究了这两种杂化膜的制备工艺以及它们的气体分离性能。完成的主要工作如下:(1)通过改变溶质与溶剂的比例,研究了不同浓度条件下CAU-1的合成情况,发现在一定浓度范围内,浓度越低,产物尺寸越小,并且伴随着更加优异的气体吸附性能和选择性。同时运用室温合成法和溶剂热法分别制备了50~70 nm左右的ZIF-8和NH_2-MIL-53(Al),通过结构形貌以及气体吸附性能测试,发现得到的产物尺寸均一,结晶度高且具有优异的CO_2吸附选择性。(2)采用两步法制备了具有纳米尺寸的MOFs/有机硅管式杂化膜。通过热涂覆,随后焙烧的工艺,很容易地在管式陶瓷基底上形成非常薄且紧凑的MOFs/有机硅混合纳米层。独特的有机硅结构网络不仅让我们能够制备小于150 nm的超薄膜,而且能同时优化该膜的气体分离渗透性和选择性。实验制得的CAU-1/有机硅膜具有最高的H_2通量,可达1.47×10~(-6) mol?m~(-2)?s~(-1)?Pa~(-1);ZIF-8/有机硅膜的H_2/N_2和H_2/CH_4理想气体分离系数分别达到30.9和35.0;NH_2-MIL-53(Al)/有机硅膜的CO_2/N_2和CO_2/CH_4理想气体分离系数分别为18.9和23.2。(3)以陶瓷管作为载体,先用有机硅溶胶对载体进行简单修饰,然后浸涂MOFs/PI混合液,逐步干燥,最后得到MOFs/PI管式复合膜。分别探究了聚合物浓度、MOFs负载量、压力、温度以及MOFs种类对膜气体分离性能的影响。发现在室温,压差为0.2 MPa条件下,掺杂20 wt%CAU-1的聚酰亚胺膜的H_2通量为3.09×10~(-8) mol?m~(-2)?s~(-1)?Pa~(-1),H_2/CO_2理想分离系数可达32.8。本文制备的基于金属有机骨架构建的杂化膜在以陶瓷管作为载体的前提下,非但没有表现出明显的弱势,而且保持了原有杂化膜优异的气体渗透性和分离性能,同时制备方法简单,耗时短,条件温和,为膜分离研究提供了一条新的策略,并具有潜在的商业应用价值。 |
| 公开日期 | 2018-12-04 |
| 源URL | [http://ir.nimte.ac.cn/handle/174433/16707]  |
| 专题 | 2017专题 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 周峰. 基于金属有机骨架构建的杂化膜的制备及其气体分离性能的研究[J]. 中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所),2017:82. |
| APA | 周峰.(2017).基于金属有机骨架构建的杂化膜的制备及其气体分离性能的研究.中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所),82. |
| MLA | 周峰."基于金属有机骨架构建的杂化膜的制备及其气体分离性能的研究".中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) (2017):82. |
入库方式： OAI收割
来源：宁波材料技术与工程研究所
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