ZIF-67膜的制備及其氣體滲透性能研究.pdf

1、金屬有機(jī)骨架(MOFs)材料因其孔道結(jié)構(gòu)豐富、孔徑可修飾以及易于功能化等優(yōu)點(diǎn)在氣體吸附與分離、催化、傳感、電化學(xué)、醫(yī)藥等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。ZIF-67為MOFs材料的一種，由2-甲基咪唑與鈷離子橋連而成，具有SOD型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由于具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性，ZIF-67在氣體膜分離領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用前景。但是，ZIF-67極易均相成核、與載體結(jié)合力弱，這使得制備連續(xù)致密的ZIF-67膜難度很大。本論文針對(duì)ZIF-67異相成核密

2、度低的問(wèn)題，采用原位流動(dòng)法、鈷納米線直接轉(zhuǎn)化法及氧化鋅誘導(dǎo)法，制備了連續(xù)致密、具有一定氣體分離功能的ZIF-67膜。論文主要內(nèi)容如下:
　　(1)通過(guò)原位流動(dòng)法在中空纖維陶瓷載體內(nèi)表面合成了ZIF-67膜，考察了合成溫度、流動(dòng)速度等條件對(duì)制膜的影響，確定了40℃、流速6ml/h為最優(yōu)成膜條件。最優(yōu)條件下制備的ZIF-67膜在常溫、0.1MPa下的H2滲透通量為6.19×10-6mol· m-2· s-1· Pa-1，H2/CO2、

3、H2/N2、H2/CH4分離系數(shù)依次為4.81、5.15、3.80。
　　(2)在2-甲基咪唑的水溶液中，通過(guò)鈷納米線的直接轉(zhuǎn)化制備了ZIF-67膜。通過(guò)精確控制轉(zhuǎn)化過(guò)程中溶劑、配體濃度、合成溫度、時(shí)間等條件制得了連續(xù)的ZIF-67膜層。該過(guò)程中，由預(yù)先水熱生長(zhǎng)在載體壁上的鈷納米線緩慢溶解為合成ZIF-67提供金屬鈷源，促進(jìn)了ZIF-67在載體上的異相成核，解決了常規(guī)可溶性鈷鹽異相成核困難的嚴(yán)重問(wèn)題。鈷納米線直接轉(zhuǎn)化法最優(yōu)條件下制

4、備的膜層的H2滲透通量約為5.22×10-7mol·m-2· s-1· Pa-1，H2/CO2、H2/N2、 H2/CH4分離系數(shù)依次為4.25、6.60、6.44。
　　(3)首次通過(guò)非同源氧化鋅誘導(dǎo)的方式制得了連續(xù)共生的ZIF-67膜。首先，利用水熱合成法在載體上制備一層ZnO納米網(wǎng)或納米棒，然后加入含有金屬Co2+及2-甲基咪唑配體的ZIF-67合成液，高活性的ZnO涂層與2-甲基咪唑反應(yīng)，在ZnO表層形成一層富含配體的區(qū)域

5、。然后，反應(yīng)液中的Co2+與ZnO表層的配體發(fā)生相互作用，從而被固載在載體上，并進(jìn)一步生長(zhǎng)形成連續(xù)的膜層。利用ZnO網(wǎng)在120℃下誘導(dǎo)合成12h制得的ZIF-67膜H2的滲透通量為1.55×10-7mol·m-2· s-1· Pa-1，H2/CO2、H2/N2、H2/CH4理想分離系數(shù)依次為5.50、7.98、8.32。利用ZnO棒在120℃下誘導(dǎo)合成24h制備的ZIF-67膜H2的滲透通量為2.61×10-7mol·m-2· s-1·