沸石咪唑骨架化合物ZIF-78的合成及成膜研究.pdf

1、膜分離作為一種新型的分離純化技術(shù)，憑借節(jié)能、環(huán)保、高效及便于自動(dòng)化控制等諸多優(yōu)點(diǎn)，在分離領(lǐng)域引起了巨大的變革。無(wú)機(jī)膜壽命長(zhǎng)、機(jī)械性能好、穩(wěn)定性強(qiáng)，適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用的需求。隨著配位化學(xué)的發(fā)展，沸石咪唑骨架材料(ZIFs)成為繼沸石分子篩膜和炭膜后的又一種無(wú)機(jī)微孔膜材料。ZIFs結(jié)構(gòu)多樣，擁有規(guī)則排列的孔道結(jié)構(gòu)，突破了沸石分子篩孔道尺寸被限制的難題，且孔道性能可以被設(shè)計(jì)。ZIFs在氣體存儲(chǔ)及分離、催化等領(lǐng)域顯示出了優(yōu)異性能，有希望成為新一代

2、的膜材料。
　　本論文選取ZIF-78為研究對(duì)象，采用傳統(tǒng)溶劑熱法、動(dòng)態(tài)晶化法及分步晶化法制備ZIF-78晶體，以修飾載體表面和作為晶種;選取廉價(jià)的大孔管狀α-Al2O3為載體，采用二次生長(zhǎng)法合成ZIF-78膜。采用SEM、XRD等手段表征，并對(duì)合成的ZIF-78膜進(jìn)行單組分氣體滲透測(cè)試，主要研究成果如下:
　　(1)以Zn(NO3)2·6H2O∶2-nIm∶5-nbIm∶DMF=1∶5∶5∶646為配方，采用傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)-靜

3、態(tài)晶化法合成了ZIF-78晶體，考察了合成條件對(duì)ZIF-78晶體的影響。結(jié)果表明，當(dāng)合成條件為80℃旋轉(zhuǎn)晶化0.5h，90℃靜態(tài)晶化24h時(shí)，晶體的形貌為六棱柱形，晶體粒徑分布窄，大小為2μm。
　　(2)以Zn(NO3)2·6H2O∶2-nIm∶5-nbIm∶DMF=4∶5∶5∶904為配方，采用直接旋轉(zhuǎn)法、兩步變溫法、添加去質(zhì)子化劑法等動(dòng)態(tài)晶化法合成了ZIF-78晶體。結(jié)果表明，直接旋轉(zhuǎn)法合成的ZIF-78晶體形貌不規(guī)則、粒徑

4、分布寬;兩步變溫法中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)時(shí)合成條件為110℃，12h，140℃，3h時(shí)，產(chǎn)物為800nm～2μm的六棱柱形晶體，而配體濃度增加一倍，溶劑為DMF∶甲醇=1∶1時(shí)，晶體形貌變?yōu)榘鍫?去質(zhì)子化劑三乙胺添加到合成液中，室溫?cái)嚢?4h合成了2～4μm兩端為傘狀的六角棱柱形晶體。
　　(3)以Zn(NO3)2·6H2O∶2-nIm∶5-nbIm∶DMF=1∶5∶5∶646為配方，采用旋轉(zhuǎn)-靜態(tài)-過(guò)濾-晶化的分步晶化法合成了ZIF-78晶

5、體，考察了不同的旋轉(zhuǎn)及靜態(tài)晶化時(shí)間對(duì)晶體的粒徑及形貌的影響規(guī)律。結(jié)果表明，當(dāng)旋轉(zhuǎn)晶化30min，靜態(tài)晶化12h時(shí)，產(chǎn)物為2μm的六角棱柱形晶體，晶粒分布窄。降低合成液濃度，粒徑減小為400nm。
　　(4)采用聚乙二醇包裹晶種二次生長(zhǎng)法制備ZIF-78膜，配方為Zn(NO3)2·6H2O∶2-nIm∶5-nbIm∶DMF∶甲醇=4∶5∶5∶452∶452?？疾炀ХN液中PEG的濃度、溶劑、反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)膜的影響，當(dāng)PEG濃度為4w