Bio-MOF膜的合成及其醇/水分离性能的研究

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渗透汽化技术是基于吸附─扩散机理实现高效膜分离的过程。由于其分离过程不受汽液平衡的限制,使得难以分离的恒沸物、热敏性物质得以有效地分离,具有操作简单、分离度高、清洁、能耗低等特点。但是目前大多数渗透汽化分离膜材料受到化学稳定性和热稳定性较差等壁垒的限制,从而极大地阻碍了其在工业生产中的应用。本论文已经成功地报道了化学稳定性和热稳定性较高的生物金属-有机骨架分离膜材料─NbU-1和NbU-1膜胡制备。NbU-1对乙烯/乙炔具有很高的吸附分离作用,NbU-1膜通过渗透汽化技术能够高效地实现醇/水分离。采用多种表征手段对NbU-1化合物及其分离膜进行全面的表征,比如元素分析、热重、X-射线单晶衍射、X-射线粉末衍射、物理吸附仪等。本论文一共分为四章,内容分别如下:第一章为绪论,系统地介绍了金属-有机骨架材料(MOFs)及其分离膜的制备方法和最新的研究动态,最后引出了本论文的选题背景和研究目的。第二章主要介绍了化合物NbU-1的制备方法、晶体结构特征及其在碳氢化合物(CH4、C2H2、C2H4、C2H6)吸附分离方面的应用,最后还系统地探究了溶液pH值和反应容器上方空气柱对NbU-1晶体的生长影响。第三章介绍了NbU-1膜的制备方法、表征以及在渗透汽化醇/水分离方面的应用。对于异丙醇脱水的体系,在水含量为90wt.%的70℃异丙醇/水体系中,分离因子达(Seperation factor)到90000左右,总的通量(Total flux)达到0.62 kgm-2h,这一性能已经远远超过了大多数的有机膜和有机杂化膜。最后还测试了化合物NbU-1的化学稳定性,发现在沸水、pH=2的HCl溶液和pH=13的NaOH溶液中NbU-1仍然保持化学稳定性。最后一章为全文做了简要的总结与展望。
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