金屬有機骨架(MOFs)是良好的成膜材料之一,而沸石咪唑類骨架(ZIFs)作為MOFs材料的重要分支,因其合適的孔尺寸和良好的穩(wěn)定性,成為理想的膜材料。其中,以Co為金屬中心的Co-ZIF系列膜因其具有氧化還原活性的Co中心,不僅可以用于分離小分子氣體混合物,還可以用作膜催化反應器。由于Co-ZIFs成核速度過快以及日前合成方法的局限性,制備高性能的Co-ZIF系列管式分離膜一直面臨很大困難和挑戰(zhàn)。本論文基于Co-ZIFs材料自身的特點,分別采用不同源氧化物誘導的溶劑熱生長法和蒸氣凝膠轉化法,在多孔氧化鋁管式載體上制備了Co-ZIF系列膜(ZIF-67、ZIF-9以及二維Co2(bim)4納米片膜),并分別對其滲透分離性能進行了研究。主要研究內容如下:(1)針對ZIF-67在溶液體相中成核過快而難以在載體上成膜的問題,采用不同源、氧化鋅誘導法制備了連續(xù)致密的ZIF-67膜。與傳統(tǒng)合成方法對比發(fā)現,原位生長法和同源鈷化合物誘導法均無法得到致密的ZIF-67膜層,而在載體表面通過引入高活性的ZnO納米棒作為ZIF-67成核生長點和連接點,可制備得到致密的ZIF-67膜。這種由ZnO納米棒連...

【文章頁數】：132 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號表
1 緒論
    1.1 金屬有機骨架材料的發(fā)展概況
    1.2 金屬有機骨架膜制備的研究進展
        1.2.1 原位生長法
        1.2.2 晶種法
        1.2.3 載體表面化學修飾法
        1.2.4 同源金屬誘導法
        1.2.5 其他合成方法
    1.3 MOF膜在分離中的應用
        1.3.1 MOF膜在氣體分離中的應用
        1.3.2 MOF膜在滲透蒸發(fā)中的應用
        1.3.3 MOF膜在納濾和海水淡化中的應用
    1.4 MOF膜性能調控方法
        1.4.1 提升MOF膜滲透通量的方法
        1.4.2 提升MOF膜選擇性的方法
    1.5 Co-ZIFs及其膜的制備及應用
        1.5.1 Co-ZIFs的制備及應用
        1.5.2 Co-ZIF膜的制備及應用
    1.6 論文主要研究思路
2 實驗部分
    2.1 實驗原料及儀器設備
    2.2 載體預處理以及膜的制備
    2.3 材料的表征
        2.3.1 X射線衍射(XRD)
        2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)和能量色散X射線光譜儀(EDX)
        2.3.3 傅立葉紅外光譜(FT-IR)
        2.3.4 氮氣吸附-脫附試驗
        2.3.5 接觸角測試
        2.3.6 原子力顯微鏡(AFM)
    2.4 膜滲透分離性能測試
        2.4.1 氣體滲透性能測試
        2.4.2 滲透蒸發(fā)分離性能測試
3 ZnO誘導制備ZIF-67膜及其應用于滲透蒸發(fā)分離甲醇/甲基叔丁基醚混合物
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 原位法制備ZIF-67膜
        3.2.2 APTES修飾載體制備ZIF-67膜
        3.2.3 堿式碳酸鈷納米線修飾載體制備ZIF-67膜
        3.2.4 在多孔載體上制備ZnO納米棒
        3.2.5 ZnO誘導制備ZIF-67膜
        3.2.6 ZIF-67膜的滲透性能測試
    3.3 結果與討論
        3.3.1 原位法合成ZIF-67膜
        3.3.2 APTES修飾載體制備ZIF-67膜
        3.3.3 堿式碳酸鈷納米線修飾載體制備ZIF-67膜
        3.3.4 多孔載體上引入ZnO納米棒
        3.3.5 ZnO誘導制備ZIF-67膜
        3.3.6 ZIF-67膜的氣體滲透性能
        3.3.7 ZIF-67膜的滲透蒸發(fā)性能
    3.4 本章小結
4 ZnO誘導制備不同源MOF膜及其通用性研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 在多孔載體上制備ZnO納米棒
        4.2.2 原位法制備ZIF-9膜
        4.2.3 ZnO誘導制備ZIF-9膜
        4.2.4 ZnO誘導制備其他金屬MOF膜
        4.2.5 氣體滲透性能測試
    4.3 結果與討論
        4.3.1 原位法制備ZIF-9膜
        4.3.2 ZnO誘導制備ZIF-9膜
        4.3.3 ZnO誘導制備ZIF-9膜氣體滲透性能
        4.3.4 ZnO誘導制備Co-ZIF膜的機理探討
        4.3.5 ZnO誘導制備其他金屬MOF膜
    4.4 本章小結
5 蒸氣凝膠轉化法制備取向二維Co基ZIF納米片式膜
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 二維Co-ZIF納米片的制備
        5.2.2 在多孔管式載體上引入Co凝膠以及Co₃O₄納米粒子
        5.2.3 溶劑熱法制備Co-ZIF納米片式膜
        5.2.4 蒸氣凝膠轉化法制備Co-ZIF納米片式膜
    5.3 結果與討論
        5.3.1 二維Co-ZIF納米片的制備
        5.3.2 溶劑熱法制備Co-ZIF納米片式膜
        5.3.3 蒸氣凝膠轉化法制備Co-ZIF納米片式膜的表征
        5.3.4 Co-ZIF納米片式膜厚度的調控
        5.3.5 蒸氣凝膠轉化制備Co-ZIF納米片式膜的形成機制
        5.3.6 Co-ZIF納米片式膜的氣體滲透性能
    5.4 本章小結
6 結論與展望
    6.1 結論
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻
作者簡介
攻讀博士學位期間科研項目及科研成果
致謝



本文編號：3836437