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高度取向ZIF-膜制备及其气体分离性能研究

高度取向ZIF-膜制备及其气体分离性能研究

摘    要

  ZIF-8作为典型MOFs材料,其膜结构与性能优化备受关注。本研究旨在制备高度取向ZIF-8膜并探究其气体分离性能。以聚醚砜为支撑层,采用两步原位生长法,在支撑层表面引入功能性单体进行预修饰,随后通过界面诱导结晶使ZIF-8晶体沿特定方向生长形成高度取向膜。利用XRD、SEM等表征手段对膜结构进行分析,结果表明所制备的ZIF -8膜具有良好的择优取向性,且膜厚度均匀可控。气体渗透实验显示,该膜对H₂/CO₂混合气体展现出优异的选择性分离能力,H₂渗透通量达到12.5 GPU,理想选择性高达350,远超传统非取向ZIF -8膜。这主要归因于高度取向结构使得有效扩散路径缩短,同时规整排列的孔道更有利于目标气体分子识别与传输。

关键词:气体分离  ZIF-8膜  高度取向

Abstract 
  As a material of typical MOFs, the optimization of ZIF-8's membrane structure and properties has attracted much attention. This study aimed to prepare a highly oriented ZIF-8 membrane and explore its gas separation properties. A two-step in situ growth method introduced a functional monomer on the surface of the support layer, and then induced ZIF-8 crystals to form a highly oriented membrane. The membrane structure analysis by XRD and SEM showed that the ZIF-8 membrane has good selective orientation and uniform and controllable membrane thickness. Gas permeation experiments showed that the membrane showed excellent selective separation ability for H ₂ / CO ₂ mixture, with H ₂ permeation flux reaching 12.5 GPU and ideal selectivity up to 350, far exceeding the traditional non-oriented ZIF-8 membrane. This is mainly attributed to the highly oriented structure that shortens the effective diffusion path, and the orderly pore arrangement is more conducive to the recognition and transmission of the target gas molecules.

Keyword:Gas Separation  Zif-8 Membrane  Highly Oriented

目  录
1绪论 1
1.1高度取向 1
1.2国内外研究现状综述 1
1.3本文研究方法概述 2
2ZIF-膜的制备工艺研究 2
2.1制备原料选择与预处理 2
2.2取向生长机制探讨 3
2.3影响取向性的关键因素 3
3膜结构表征与性能测试 4
3.1微观结构分析方法 4
3.2气体透过性测试 5
3.3分离选择性评价 6
4气体分离性能优化 6
4.1改进制备工艺方案 6
4.2提高分离效率策略 7
4.3实际应用前景展望 8
结论 8
参考文献 10
致谢 11

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