【摘要】：金屬-有機(jī)骨架材料(Metal-Organic Framewokrs, MOFs)是由無機(jī)金屬節(jié)點(diǎn)與有機(jī)配體構(gòu)筑的新型晶態(tài)多孔材料,通過拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的定向設(shè)計(jì)和有機(jī)配體的拓展,實(shí)現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)的納米尺寸孔道構(gòu)筑。MOFs獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),使其在催化、吸附、分離、質(zhì)子傳導(dǎo)、磁性、光電材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)前,MOFs的研究熱點(diǎn)已經(jīng)不再局限于新穎結(jié)構(gòu)的制備和表征,更多的研究?jī)A向于探索它們的實(shí)際應(yīng)用和構(gòu)效關(guān)系。將MOFs材料制備成膜(Membrane)是目前MOFs應(yīng)用化研究的熱點(diǎn)之一,MOFs膜不僅具有分子篩膜相似的化學(xué)和熱穩(wěn)定性優(yōu)點(diǎn),而且可以克服分子篩孔道尺寸限制的不足,實(shí)現(xiàn)在超微孔尺度孔道中混合物質(zhì)的傳遞和分離。本論文依據(jù)“分子晶體工程學(xué)”原理和聚合物表面化學(xué)方法,以金屬-有機(jī)骨架化合物在聚合物膜表面二次生長(zhǎng)為目的,主要研究聚合物膜表面功能化修飾、MOFs在膜表面的二次生長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)變化,旨在探索以聚合物膜表面可控修飾為基礎(chǔ),開發(fā)MOFs在聚合物膜表面原位二次生長(zhǎng)的新方法,并對(duì)其結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行研究。全文研究?jī)?nèi)容包括：第一章 前言。簡(jiǎn)單的介紹了MOFs材料的概念和特點(diǎn),對(duì)當(dāng)前MOFs薄膜材料的制備方法及其應(yīng)用情況進(jìn)行較為全面的文獻(xiàn)調(diào)研和陳述。對(duì)MOFs材料在聚合物膜表面生長(zhǎng)的研究進(jìn)展,沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8膜的研究進(jìn)展等進(jìn)行了綜合陳述,介紹了本課題的選題目的和意義。第二章為了使ZIF-8能夠牢固的在PVDF膜片上生長(zhǎng),可以用些特殊的基團(tuán)對(duì)PVDF膜進(jìn)行修飾。本論文嘗試了兩種不同的膜表面修飾方法：1)、以親水化改性及固定有溴官能團(tuán)的聚偏二氟乙烯(PVDF)微孔膜為基底,利用表面引發(fā)電子活化再生原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(Surface-initiated activators generated by electron transfer atom transfer radical polymerization, SI-AGET ATRP)法在PVDF膜表面接枝聚4-乙烯基毗啶。分別利用ATR-FTIR、XPS、SEM對(duì)制備的PVDF-g-P4VP膜表面進(jìn)行表征。發(fā)現(xiàn)P4VP被成功的接枝到PVDF-Br膜表面,接枝量達(dá)到了0.82 mg/cm2。2)、在PVDF膜表面接枝小分子硅烷偶聯(lián)劑,分別利用ATR-FTIR、SEM對(duì)接枝上硅烷偶聯(lián)劑的膜(PVDF-NH2)表面進(jìn)行表征。第三章為了促進(jìn)ZIF-8在改性膜表面均勻生長(zhǎng),有必要在改性膜表面沉積一層ZIF-8晶種層。以六水合硝酸鋅和2-甲基咪唑?yàn)樵?利用溶劑熱的方法,制備沸石咪唑骨架材料ZIF-8晶體。采用X-射線衍射(XRD)和掃描電鏡(SEM)等手段對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征。發(fā)現(xiàn)ZIF-8的粉末XRD的實(shí)驗(yàn)值和理論值能很好地吻合,得到純相的ZIF-8,通過SEM觀察發(fā)現(xiàn)ZIF-8納米顆粒均勻,平均粒徑約為40 nm。我們選擇減壓抽濾的方法將ZIF-8晶種沉積到PVDF-g-P4VP改性膜表面,研究了配制已知濃度的晶種溶液和直接合成的晶種原料液對(duì)ZIF-8晶種在改性膜表面沉積均勻性的影響。此外,我們還研究了減壓超濾和浸漬-提拉兩種ZIF-8晶種沉積方法對(duì)ZIF-8晶種在PVDF-g-P4VP改性膜表面沉積情況的影響。通過SEM和XRD表征發(fā)現(xiàn),晶種溶液的配制方法對(duì)ZIF-8品種在改性膜表面的分散程度及晶種的晶面結(jié)構(gòu)有影響,而沉積方法僅對(duì)ZIF-8晶種的晶面結(jié)構(gòu)有影響。第四章以上述晶種膜為基底,利用膜滲透輔助晶種法在PVDF改性膜表面進(jìn)行ZIF-8原位生長(zhǎng)。研究了改性膜兩側(cè)金屬鹽溶液和配體溶液的濃度、配體溶液的堿性、PVDF改性膜致密層的朝向、金屬溶液和配體溶液的配比及不同方法修飾膜對(duì)ZIF-8在膜表面二次生長(zhǎng)的影響。通過XRD和SEM表征發(fā)現(xiàn)：金屬鹽溶液和配體溶液的濃度低時(shí),在PVDF改性膜表面得到的ZIF-8粒徑小,平均約為100 nm,金屬鹽溶液和配體溶液的濃度高時(shí),在PVDF改性膜表面得到的ZIF-8粒徑大,平均約為5μm；當(dāng)PVDF改性膜的致密層朝向金屬鹽時(shí),配體側(cè)溶液的堿性越強(qiáng),在PVDF改性膜致密層越容易得到ZIF-8,而當(dāng)PVDF改性膜的致密層朝向配體時(shí),不論怎么改變條件都不可以在膜的致密層上得到ZIF-8；當(dāng)PVDF改性膜的表面沉積上金屬鹽離子時(shí),不論P(yáng)VDF-g-P4VP致密層朝向金屬鹽溶液還是配體溶液,都可以在PVDF-g-P4VP致密層得到ZIF-8。
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【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ051.893

【參考文獻(xiàn)】

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1 王志斌;楊宗偉;邢曉林;高朝祥;褚良銀;陳文梅;;膜分離技術(shù)應(yīng)用的研究進(jìn)展[J];過濾與分離;2008年02期

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本文編號(hào)：2333608