生物丁醇作为一种可再生能源,具有十分广阔的应用前景。目前采用生物发酵法生产生物丁醇得到的是它的低浓度水溶液,如何将丁醇高效分离提纯是生物丁醇产业化应用必须解决的一个关键问题。渗透汽化是分离液体混合物的一种绿色、高效的膜分离技术,它十分适合丁醇/水体系的分离过程。要实现这个过程,核心就是渗透汽化膜的制备与应用。与传统单纯的有机膜、无机膜相比,混合基质膜兼有二者的优势因而被广泛关注和研究。本课题采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)为有机膜材料,它具有疏水性好,成膜性能优异的特点。同时鉴于新型MOF材料ZIF-8比表面积大、表面疏水性强,对丁醇/水体系具有很好的吸附选择性,本课题将ZIF-8填充到PDMS中制备PDMS/ZIF-8混合基质膜,实现两种材料的优势互补进一步提升PDMS膜的渗透汽化性能。首先,采用氨水法成功合成了晶体结构正确ZIF-8晶体,FTIR、XRD及BET表征分别反映了 ZIF-8正确的分子结构、晶体结构和孔道特征。之后采用物理共混的方法制备了一系列填充量的混合基质膜,膜的疏水性能有一定提升,填充量为9wt%时,接触角由纯膜的108.18°提升至114.36°。渗透汽化性能测试采用55℃、1.5wt%的正丁醇水溶液作为原料,填充量为1wt%时取得最佳性能,得到最高分离因子为51.60,此时通量为808.85 g/m2 h。但是,ZIF-8颗粒在填充量相对较大时很容易发生团聚,导致膜分离性能严重下降。为解决此问题本课题考虑对ZIF-8的粒径进行调控,以缓解团聚带来的消极影响。通过引入辅助配体1-甲基咪唑,确定了反应液最佳配比为锌:2-甲基咪唑:1-甲基咪唑:甲醇=1:4:2:1000,制得的最大粒径ZIF-8为1.21 μm。将该大粒径ZIF-8填充制膜后,通量明显提升,同时对团聚现象有一定缓解作用,填充量为3wt%时得到最佳分离性能,此时通量为1009.90g/m2h,分离因子为44.21。最后,本课题进一步对ZIF-8晶体了进行疏水改性修饰,采用聚多巴胺对ZIF-8颗粒进行包裹后,利用其结构中邻苯二酚的羟基接枝硅烷偶联剂,在ZIF-8表面引入非极性烷链从而实现疏水改性的目的。ZIF-8晶体经改性后,XRD表征说明未对晶体结构产生影响,同时FTIR谱图中出现了烷基吸收峰,因而成功实现了对ZIF-8晶体的硅烷疏水改性。将改性后的ZIF-8填充制膜并测试性能,经比较发现辛基三甲氧基硅烷改性的大粒径ZIF-8/PDMS膜,在填充量为1wt%时取得了最佳的分离性能,此时通量为993.86g/m2h,分离因子为56.21,与纯膜相比通量提升了 50%,分离因子提升了 33%,克服了膜trade-off效应,实现了膜通量与分离因子的双提升。