本文選題：金屬-有機骨架材料 + 氣體分離膜��； 參考：《北京化工大學》2016年博士論文

【摘要】：金屬-有機骨架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)是由金屬離子和有機配體通過自組裝過程形成的納米多孔材料。MOF材料有諸多優(yōu)點,如密度小、比表面積高、不飽和金屬位點和孔尺寸可調(diào)節(jié)性等,目前已經(jīng)應(yīng)用在氣體儲存、分離、催化、吸附等領(lǐng)域。近幾年,MOF材料的其中一個應(yīng)用—氣體膜分離,吸引了大批實驗和理論研究學者。膜分離技術(shù),是工業(yè)生產(chǎn)中從各種尾氣里捕獲二氧化碳的有效方法之一,它低能耗、工藝簡單、無相變。在膜分離領(lǐng)域里,新型的膜材料研發(fā)成為了首要的問題。本文采用不同的方法制備了 MOF膜材料及其復合膜材料,并應(yīng)用到氣體分離領(lǐng)域,通過掃描電子顯微鏡分析、X射線衍射分析、熱重分析、紅外分析等方法,對合成的膜材料進行了表征,進而考察其對透過氣體的分離性能。主要研究內(nèi)容如下:1、采用常規(guī)原位生長法合成ZIF-9膜,并研究了偶聯(lián)劑用量、金屬鹽與配體的物料比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等條件對ZIF-9膜的生長和氣體分離性能的影響,進而得到了最佳合成條件為:偶聯(lián)劑用量為偶聯(lián)劑溶液體積分數(shù)的2%,金屬鹽與配體的摩爾比為1:2,反應(yīng)溫度為110℃,反應(yīng)時間為72小時。2、本文提出變溫法合成ZIF-9膜的策略,采用掃描電子顯微鏡分析、X射線粉末衍射分析、氣體分離性能測試等方法,對變溫法合成的膜與原位生長法合成的膜進行比較。結(jié)果表明,采用變溫法合成的ZIF-9膜,不論在膜的生長方面,還是在氣體分離性能方面,都要優(yōu)于原位生長法。這種變溫法的優(yōu)勢在于:它將MOF膜合成過程的成核和生長階段分開,達到了低溫成核、高溫生長的目的,實驗的低溫階段選用80℃、高溫階段選用130℃。目前來看,變溫法在MOF膜合成領(lǐng)域的使用尚屬首次。3、采用層層沉積熱處理的方法,將離子液體(ILs)功能化后的碳納米管(CNTs),附著在已合成的ZIF-9膜的表面,同時,在ZIF-9膜的缺陷處,也填充了離子液體功能化后的碳納米管,合成了CNT@IL/ZIF-9復合膜。測試結(jié)果表明,此三元體系膜的氣體分離性能效果要比純ZIF-9膜和IL/ZIF-9、CNT/ZIF-9等二元體系膜更具優(yōu)勢。此外,還考察了在不同的操作溫度和壓力下,通過此三元體系復合膜的氣體分離性能的變化,得出了最佳操作條件。其穩(wěn)定性、可重復性、良好的氣體分離效果為膜分離領(lǐng)域開辟了新思路。4、成功制備了金屬-有機骨架材料/嵌段聚醚酰胺(ZIF-8/PEBAX-1074)的混合基質(zhì)膜。實驗探究了添加不同含量的ZIF-8 (0%,5%,10%,15%,20%),并利用流涎法制備混合基質(zhì)膜,在氣體分離性能方面的異同。結(jié)果表明,此混合基質(zhì)膜表現(xiàn)出了很高的CO2/H2、C02/N2、CO2/CH4分離性能。在ZIF-8添加量為15%時,混合基質(zhì)膜表現(xiàn)出最優(yōu)的氣體分離性能。由于嵌段聚醚酰胺是已經(jīng)工業(yè)化和商業(yè)化的聚合物,而ZIF-8的合成成本較低,操作簡單,兩種材料的復合對實際工業(yè)應(yīng)用具有廣闊的前景。5、本文將兩種MOF材料:MIL-53(A1)和ZIF-9同時添加到嵌段聚醚酰胺,制備了 ZIF-9/MIL-53(Al)/PEBAX-2533混合基質(zhì)膜材料。通過氣體分離性能的考察可以看出,此混合基質(zhì)膜對的二氧化碳有著良好的分離效果。同時,本文還研究了這種膜在氣體分離效果上與ZIF-9/PEBAX-2533 和 MIL-53(Al)/PEBAX-2533 的不同,并且探討了兩種MOF材料添加量不同時,混合基質(zhì)膜的分離效果的變化。該研究為工業(yè)生產(chǎn)中膜分離工藝提供了新思路。
[Abstract]:Metal - organic framework ( MOFs ) is a kind of nano porous material formed by self - assembly process of metal ion and organic ligand . It has many advantages such as low density , high specific surface area , unsaturated metal site and pore size adjustability . The study provides a new idea for membrane separation process in industrial production .
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ051.893

【參考文獻】

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本文編號：1992028