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金属有机骨架(MOFs)膜兼有MOFs和膜的双重优势,成为当今膜研究领域的热点之其中ZIF-8膜的制备研究是MOF膜研究的代表。MOF膜的制备方法多源于沸石膜的制备,主要有原位、载体改性原位法与晶种二次法。原位法成膜极为困难,晶种二次法制备需要制备均一的纳米MOF晶种和适当的载体表面引入技术,而且引入载体表面的MOFs晶种不能像沸石晶种一样烧结,使得膜层与载体的结合力较弱,导致膜稳定性较差。目前制膜绝大部分集中在小面积片式载体上,开辟新颖制备方法在管式载体上获得高稳定、高渗透分离性能的MOF膜,仍是迫切需求,具有严峻挑战性。本论文提出采用ZnO作为连接层诱导合成稳定的ZIF-8膜。通过引入不同形式的ZnO诱导连接层(ZnO纳米粒子、ZnO纳米棒)调控制备不同微结构ZIF-8膜,优化和研究膜结构与稳定性的关系。主要研究内容如下：(1)首先沿用传统晶种二次法在7.5cm长的中空纤维陶瓷管内表面合成连续ZIF-8膜。通过晶种合成条件的筛选以及不同浸渍-提拉次数的优化在多孔陶瓷载体上引入了均匀的ZIF-8晶种层,经溶剂热合成出连续的ZIF-8膜；为后续ZnO诱导合成高性能的ZIF-8膜做了良好的铺垫。但也发现成膜时晶种层易脱落,膜稳定性差。(2)采用sol-gel法在多孔α-Al2O3陶瓷管式载体内表面引入一层均匀的ZnO纳米粒子诱导合成出连续的ZIF-8膜。ZnO层的活化是诱导成膜的关键,用2-甲基咪唑(Hmim)甲醇溶液对ZnO纳米粒子活化处理后,可诱导形成连续的ZIF-8膜。经高分辨的表面飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)分析发现,活化后ZnO表面形成具有以Zn(Hmim)、 Zn(Hmim)2和Zn(Hmim)4等ZIF-8次级结构单元(SBU)所组成的活性物种。考察了该ZIF-8膜的气体渗透与筛分功能,在H2通量为6.4×10-7mol·m-2s-1Pa-1下,H2/CH4的理想分离系数为8.1,H2/SF6的理想分离系数超过200,且该合成方法具有良好的制备重复性和可放大升级性。(3)在多孔α-Al2O3陶瓷管式载体内表面引入一层ZnO纳米棒,并直接诱导合成了具有以ZnO为‘框架’的ZIF-8@ZnO杂化结构膜。通过选择合适的成膜条件,控制ZIF-8晶体在ZnO纳米棒之间生长,形成具有氧化锌棒与ZIF-8晶体交错互生的杂化结构膜。该膜的H2通量为4.1×10-8mol·m-2s-1Pa-1, H2/CH4的理想分离系数可达15.7,并在150℃下表现出良好的热稳定性。(4)为了更好地处理膜层的通量及分离性能的关系,对引入多孔陶瓷管内表面的ZnO纳米棒进行活化处理后,诱导调控合成了‘柱支撑式’ZIF-8膜。考察了不同溶剂的Hmim溶液活化对ZnO纳米棒表面的影响,发现以甲醇Hmim溶液处理后表面仍然形成了ZIF-8次级结构单元所组成的活性物种,经过溶剂热合成得到了在ZnO纳米棒顶端生长的‘柱支撑式’ZIF-8膜。在30℃下其H2的渗透通量较ZIF-8@ZnO杂化膜提高了近四倍,为1.6×10-7mol·m-2·s-1· Pa-1, H2/CH4的理想分离系数仍可达到12.6；当温度升至200℃时,H2的通量降至5.6×10-8mol·m-2·s-1·Pa-1, H2/CO2的理想分离系数从30℃下的5.2升至10.5,这种现象归因于温度变化引起的ZIF-8骨架结构的伸缩使得ZIF-8孔口的变化,对分子大小与ZIF-8孔径接近的C02的通量影响最大。这也反映了本方法制备的‘柱支撑式’膜良好的完整性和较高的热稳定性。