论文部分内容阅读
膜分离作为一种新型的分离纯化技术,凭借节能、环保、高效及便于自动化控制等诸多优点,在分离领域引起了巨大的变革。无机膜寿命长、机械性能好、稳定性强,适应现代工业应用的需求。随着配位化学的发展,沸石咪唑骨架材料(ZIFs)成为继沸石分子筛膜和炭膜后的又一种无机微孔膜材料。ZIFs结构多样,拥有规则排列的孔道结构,突破了沸石分子筛孔道尺寸被限制的难题,且孔道性能可以被设计。ZIFs在气体存储及分离、催化等领域显示出了优异性能,有希望成为新一代的膜材料。本论文选取ZIF-78为研究对象,采用传统溶剂热法、动态晶化法及分步晶化法制备ZIF-78晶体,以修饰载体表面和作为晶种；选取廉价的大孔管状a-Al2O3为载体,采用二次生长法合成ZIF-78膜。采用SEM、XRD等手段表征,并对合成的ZIF-78膜进行单组分气体渗透测试,主要研究成果如下：(1)以Zn(NO3)2·6H2O:2-nIm:5-nbIm:DMF=1:5:5:646为配方,采用传统的旋转-静态晶化法合成了ZIF-78晶体,考察了合成条件对ZIF-78晶体的影响。结果表明,当合成条件为80℃旋转晶化0.5h,90℃静态晶化24h时,晶体的形貌为六棱柱形,晶体粒径分布窄,大小为2μmm。(2)以Zn(NO3)2·6H2O:2-nIm:5-nbIm:DMF=4:5:5:904为配方,采用直接旋转法、两步变温法、添加去质子化剂法等动态晶化法合成了ZIF-78晶体。结果表明,直接旋转法合成的ZIF-78晶体形貌不规则、粒径分布宽；两步变温法中,当旋转时合成条件为110℃,12h,140℃,3h时,产物为800nm-2μm的六棱柱形晶体,而配体浓度增加一倍,溶剂为DMF：甲醇=1：1时,晶体形貌变为板状；去质子化剂三乙胺添加到合成液中,室温搅拌24h合成了2～4μm两端为伞状的六角棱柱形晶体。(3)以Zn(NO3)2·6H2O:2-nIm:5-nbIm:DMF=l:5:5:646为配方,采用旋转-静态-过滤-晶化的分步晶化法合成了ZIF-78晶体,考察了不同的旋转及静态晶化时间对晶体的粒径及形貌的影响规律。结果表明,当旋转晶化30min,静态晶化12h时,产物为2μm的六角棱柱形晶体,晶粒分布窄。降低合成液浓度,粒径减小为400nm。(4)采用聚乙二醇包裹晶种二次生长法制备ZIF-78膜,配方为Zn(NO3)2·6H2O:2-nIm:5-nbIm:DMF甲醇=4：5：5：452：452。考察晶种液中PEG的浓度、溶剂、反应温度和时间对膜的影响,当PEG浓度为4wt%、DMF：甲醇=1：1、100℃晶化24-72h时,合成的膜致密,H2的渗透通量为8.55×10-7mol·m-2·s-1·Pa-1, H2/CO2的分离因数为10.02。