金属有机骨架多孔材料膜的制备与分离性能研究

【摘要】在近几十年的时间里，有机金属骨架材料（metal-organicframeworks，简称MOFs）这一领域得到了惊人迅速的发展。有机金属骨架材料是由金属离子或金属簇作为结构中的节点，有机配体作为结构中的桥连链接而构成的3D骨架结构。它有着规律的晶格、尺寸明确的孔结构以及很多有趣的化学性质。作为一类新型的多孔固体材料，MOF有许多应用价值。目前有许多关于MOF合成的文献报道，但是关于MOF膜的报道却很少。特殊的金属有机骨架材料制备出来的膜具有独特的性质可以解决生产应用中一些特殊的难题。金属有机骨架材料可以按照人们的需要来调整自身的结构性质，这大大的解决了许多固体材料在生产应用上的局限性。文章的第一章开始，简单的介绍了一些关于金属有机骨架材料（MOFs）和MOF膜的发展现状和发展趋势，然后介绍了至今为止的一些代表性的MOF膜的合成制备方法，以及一些MOF和MOF膜的一些应用功能。在第二章中，介绍了一种新型的混配体MOF膜，这种膜被命名为JUC-160膜(JUC=JilinUniversityChina)。它是在多孔的氧化锌表面上原位生长，用适当浓度的苯并咪唑、二甲基苯并咪唑、硝酸锌的DMF溶液通过溶剂热反应在180℃条件下反应制备得到的。拓扑结构分析显示JUC-160是GIS(gismondine)拓扑。经过研究表征，JUC-160膜具有很高的热稳定性、水热稳定性、化学稳定性。它可以在沸腾的水、碱溶液或有机溶液中保持7天仍然稳定。单组份气体的透过率测试中，JUC-160膜有很高的H2透过率和很低的CO2透过率。这显示JUC-160膜可以用于进行H2/CO2气体的选择分离应用。氢气作为能源可以解决现在全球面临的气候问题、能源问题和环境污染问题。所以对于H2的提纯和回收等分离应用而言，具有水热稳定性和化学稳定性并且自身有很高的H2/CO2选择性的膜是非常紧缺的。文章的第三章中，介绍了一种新型的ZIF-7膜，它不同于以往的ZIF-7膜的制备方式，而是通过原位一步生长法、溶剂热法制备出来的连续致密的膜。分子筛咪唑类骨架材料（ZIFs）是金属有机骨架材料（MOFs）的一种。ZIF-7是由苯并咪唑配体阴离子和锌离子构成的具有SOD(sodalite）拓扑结构的ZIF，并且它有一个大约3nm的孔。ZIF-7膜表现出对H2的选择吸附性。ZIF-7膜在H2的筛分上很有应用价值前景，值得进一步研究探讨。膜分离技术非常有前景，这很大程度上归功于其无与伦比的优势。同传统方法相比较，膜分离技术有低能耗、高处理容量，并能不间断地分离等优点。近几年来，人们对手性拆分这一领域投入了大量的注意力，因为不同对映异构体在生物学和药理学上有着显著的差异。两个对映异构体，其中一种可能是我们所需要的，而另一种可能就是非常具有伤害性的。本文的最后，介绍了一个纯手性膜，这个膜能够通过晶种原位生长再经过二次生长轻而易举地成功获得。同使用稀有金属材料相比，它有低廉的成本、操作简单以及高的水热稳定性。在活化实验后，该膜具有手性孔道。该膜在手性拆分应用上的价值前景值得继续深入研究推广。
【作者】郭莉佳；
【导师】裘式纶；
【作者基本信息】吉林大学，无机化学，2014，硕士
【关键词】金属有机骨架化合物；金属有机骨架膜；气体分离；手性拆分；

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