PIM-1/ZIF-8修饰膜及其O2/N2分离性能研究

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在氧氮分离技术领域,膜分离技术具有成本低和节能环保等诸多优势。在众多分离膜材料中,MOFs(金属有机骨架)混合基质膜兼具了聚合物材料良好的机械性能与MOFs优良的气体分离性能,展现出良好的应用前景。然而,传统的MOFs混合基质膜制备方法中MOFs颗粒与聚合物基体之间的相容性较差,而且在MOFs负载较高的情况下容易产生MOFs的团聚,形成非选择性的界面空隙,导致膜的气体分离性能和机械性能变差。为了解决上述问题,本文选用具有合适孔径和尺寸大小的ZIF-8和高O2/N2分离性能的PIM-1聚合物,通过原位生长法制备了PIM-1/ZIF-8复合膜和ZIF-8/PIM-1混合基质膜,并测定了膜的物理化学性质及膜的O2/N2分离性能:(1)通过原位生长的方式在PIM-1膜的表面引入ZIF-8纳米颗粒,通过调控ZIF-8纳米颗粒生长的周期制备了PIM-1/ZIF-8复合膜。所得到的PIM-1/ZIF-8复合膜具有优异的热稳定性能,并且有效的改善了聚合物与填料之间的界面缺陷问题,ZIF-8纳米颗粒与PIM-1膜之间表现出良好的相容性。其中PIM-1/ZIF-8-7复合膜的O2和N2渗透系数分别为1287和351 barrer,O2/N2选择性达到了3.7,氧氮分离性能超过了Robeson上限。(2)通过原位生长的方式在PIM-1聚合物的网状结构以及内部孔道引入ZIF-8纳米颗粒,通过调控ZIF-8纳米颗粒生长的周期制备了ZIF-8/PIM-1混合基质膜。所得到的ZIF-8/PIM-1混合基质膜具有优异的热稳定性能和良好的机械性能。ZIF-8纳米颗粒原位生长在PIM-1内部的网状结构中和孔壁上,没有发生团聚,而且ZIF-8纳米颗粒与PIM-1基质之间具有良好的相容性。其中ZIF-812h/PIM-1混合基质膜的O2和N2渗透系数分别达到了2742和834 barrer,O2/N2选择性为3.3,氧氮分离性能超过了Robeson上限。
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