金屬有機(jī)骨架Cu-BTC廣泛用于氣體分離混合基質(zhì)膜的制備。為了避免混合基質(zhì)膜傳統(tǒng)制備方法周期較長的缺點(diǎn),本實(shí)驗(yàn)將Cu-BTC前體分別與乙基纖維素（EC）溶液混合后進(jìn)行反應(yīng),實(shí)現(xiàn)了Cu-BTC在EC溶液中的快速合成。并利用這一特性制備了Cu-BTC/EC膜。利用掃描電子顯微鏡、X射線晶體衍射、紅外吸收光譜對產(chǎn)品表征,確定了Cu-BTC在膜中的分布情況。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)EC濃度的提高對Cu-BTC前體的反應(yīng)有明顯的促進(jìn)作用。通過Cu-BTC/EC膜的熱性能和力學(xué)性能測試,發(fā)現(xiàn)Cu-BTC和EC的界面強(qiáng)度隨Cu-BTC含量的提高先增加后降低。在Cu-BTC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26%時(shí),膜的CO₂滲透系數(shù)為112.3barrer,相對于純EC膜（66.3barrer）提高了69%,且CO₂/CH4和CO₂/N2選擇性幾乎沒有下降。最后考察了測試壓力對氣體滲透系數(shù)的影響,結(jié)果表明Cu-BTC/EC膜相對于純EC膜具有更好的耐CO₂溶脹能力。 

【文章來源】：化工進(jìn)展. 2016年12期 北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

EC和Cu-BTC的化學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖

%）以及硝酸銅/EC質(zhì)量比（0.3～1.0）對Cu-BTC產(chǎn)率的影響，并且與不含EC（0）的空白實(shí)驗(yàn)對比，其結(jié)果匯總于圖4。由圖4可知，在不存在EC時(shí)，Cu-BTC產(chǎn)率在32%～49%范圍內(nèi)。反應(yīng)體系中EC的加入明顯地提高了Cu-BTC前體的轉(zhuǎn)化率，以硝酸銅/EC質(zhì)量比0.7為例，隨EC質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0提高到12%，Cu-BTC產(chǎn)率從37%升高到65%。此外，在低硝酸銅/EC質(zhì)量比下，Cu-BTC產(chǎn)率的提高幅度更明顯。EC對于Cu-BTC的合成具有促進(jìn)作用，是因?yàn)镃u-BTC前體在高分子溶液中的擴(kuò)散速率被降低了，從而導(dǎo)致更低的反應(yīng)速率。而對于金屬有機(jī)骨架的合成，低圖2Cu-BTC/EC膜的表面SEM

第12期李皓等：Cu-BTC/乙基纖維素混合基質(zhì)膜的快速制備及氣體分離性能·3973·圖3膜及顆粒的XRD圖a—EC；b—CE_0.7；c—CE_0.7經(jīng)DMF溶解后離心收集到的顆粒；d—Cu-BTC模擬XRD圖譜反應(yīng)速率通常會(huì)導(dǎo)致更高的轉(zhuǎn)化率以及更規(guī)整的晶型。此外，EC豐富的羥基和醚鍵與Cu2+的強(qiáng)相互作用也使得Cu-BTC晶體的成核中心更分散，反應(yīng)效率更高。實(shí)驗(yàn)表明，EC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時(shí)，硝酸銅的轉(zhuǎn)化率最高，然而此時(shí)溶液的黏度非常高，不適于下一步的制膜過程。因此，本研究選擇10%的EC濃度進(jìn)行Cu-BTC/EC膜的制備。在該濃度下，通過調(diào)節(jié)Cu-BTC前體與EC的質(zhì)量比，得到不同Cu-BTC質(zhì)量分?jǐn)?shù)（表2）的Cu-BTC/EC膜。圖5展示了EC膜以及Cu-BTC/EC膜（CE_0.7）圖4EC質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0、8%、10%、12%）和硝酸銅/EC質(zhì)量比（0.3、0.5、0.7、1.0）對Cu-BTC產(chǎn)率的影響表2Cu-BTC膜的Cu-BTC質(zhì)量分?jǐn)?shù)和玻璃化溫度Tg膜Cu-BTC質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%Tg/℃EC0128CE_0.314133CE_0.521135CE_0.726131CE_1.032130圖5EC和CE_0.7膜、Cu-BTC、Cu(NO3)23H2O及H3BTC顆粒的FTIR圖譜的FTIR圖譜，Cu-BTC顆粒以及兩種前體硝酸銅和H3BTC的紅外圖譜也放入其中對比。從Cu-BTC/EC膜的紅外圖譜中可以看出明顯的Cu-BTC的特征峰（1455cm–1和1383cm–1，COO–對稱伸縮振動(dòng)；759cm–1和731cm–1，苯環(huán)面外彎曲振動(dòng)）。根據(jù)CE_0.7的Cu-BTC產(chǎn)率（60%）得知膜中殘留的硝酸銅和H3BTC質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為8%和4%，其吸收峰強(qiáng)度較低。此外，部分前體殘留在Cu-BTC孔里而非暴露在膜表面，因此，在膜的FTIR圖譜中只能觀察到明顯的Cu-BTC特征峰。2.3MMM的力學(xué)性能和熱性能混合基質(zhì)膜中無機(jī)顆粒與聚合物基體的界面強(qiáng)度（或界面相容性）對膜的氣體分離性能有重

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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