摘要：金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks,MOFs)作为一种有潜力的分离材料,其孔道结构独特,具有高度可调性和选择性,在膜分离领域具有广阔的应用前景。然而,MOFs在潮湿的环境下易损坏,这严重限制了其在膜分离领域的应用。因此,提高MOFs的水稳定性,是实现其在膜分离领域应用的重要问题之一。本文通过柠檬酸铵(ammonium citrate,AC)功能化制备了具有高水稳定性的Cu-BTC-AC填料,并将其与Pebax 1657聚合物共混制备了系列不同掺杂量的MMMs,并考察了25℃饱和水蒸气下所制备Cu-BTC-AC/Pebax膜的CO_(2)/N_(2)分离性能。与纯Pebax膜相比,本工作中制备的MMMs具有更优异的CO_(2)渗透性和CO_(2)/N_(2)选择性,在CO_(2)渗透通量为776.5GPU时CO_(2)/N_(2)选择性为46.7。此外,AC功能化改性赋予填料的高水稳定性使得本工作中制备的MMMs具备了应用于实际工业气体分离的潜力。

摘要：针对共沸体系的分离,设计了聚乙烯醇/SAPO-34混合基质膜制备及脱水本科生研究性实验。以聚乙烯醇(PVA)为膜材料、以SAPO-34分子筛为填充材料制备了PVA/SAPO-34混合基质膜,利用SEM、FT-IR和接触角分析等手段对膜的物化特性进行了表征;采用乙醇/水体系,测试了混合基质膜的渗透汽化分离性能。实践结果表明,该实验有助于学生了解化工分离技术的研究前沿,激发科研热情与兴趣,培养创新精神,促进综合实践能力提升。

摘要：混合基质膜(MMMs)在实现优异的CO_(2)分离方面潜力很大,但其性能往往受到填料与基质之间界面兼容性差的限制.本研究将卟啉基多孔有机框架(Por-POF)分散在可溶性的固有微孔聚合物(PIM-1)中,制备了一系列高渗透选择性***-POF的纯有机属性增强其与纯有机聚合物基质的相互作用,从而制备界面相容性良好的膜材料.多孔的Por-POF可以增加膜的自由体积分数,提高了薄膜的渗透通量.此外,Por-POF孔壁上富集了大量氮,对CO_(2)具有较强的吸附作用,从而提高CO_(2)/N_(2)选择性.气体渗透实验表明,与纯PIM-1膜相比,Por-POF/PIM-1膜的CO_(2)渗透通量和CO_(2)/N_(2)选择性分别提高了157%和64%.本研究为合理设计和构建高性能的分离膜提供了一种独特的思路.

摘要：选取咪唑型离子液体修饰金属有机框架填料ZnBDC制备IL@ZnBDC纳米复合填料,通过物理共混的方式将其引入PI中制备PI-IL@ZnBDC混合基质膜。结果表明,复合填料的引入改善了填料与PI间的相容性,增加了混合基质膜的分子链间距,强化了膜内CO_(2)扩散过程。同时,离子液体中含有与CO_(2)有较强亲和作用的三氟甲基、磺酸基团和咪唑基团,促进了CO_(2)在膜内的溶解,进而协同强化了PI-IL@ZnBDC混合基质膜的溶解-扩散机制,提升了CO_(2)气体通量和选择性。相较于纯PI膜,PI-IL@ZnBDC-2膜表现出优异的气体分离性能,CO_(2)的渗透系数为10.97 Barrer,CO_(2)/CH_(4)的选择性为42.21,分别较纯膜提升了59.9%和41.5%。

摘要：双碳背景下,挥发性有机物(VOCs)减排受到广泛关注。为此本文设计了乳液法制备PDMS/ZIF-8混合基质膜并用于VOC分离的综合性实验。采用红外光谱、扫描电镜和超景深显微镜对成膜过程、膜结构和形貌进行表征和分析,VOC/N_(2)分离性能测试结果表明PDMA/ZIF-8膜具有良好的VOC分离性能;随着ZIF-8添加量的增加,PDMS/ZIF-8膜的VOC渗透系数呈先减小后增大的趋势,而分离选择性先增大后减小。实验涵盖了文献调研、气体分离膜制备、结构表征分析、性能测试等多种技能训练,可强化学生对化工传质与分离基础知识的理解和拓展,并激发学生的创新潜能,提高学生的自主学习和创新实践等能力。

摘要：丙烯是三大合成材料的基本原料之一,在国民经济中占有十分重要的地位,但其生产过程存在分离与纯化能耗较高的问题。将功能纳米填料引入聚合物基质制备的混合基质膜具有良好的渗透选择性,有望大幅降低丙烯分离与纯化所需的能耗,是膜分离领域的研究热点。本文综述了聚合物结构对丙烯/丙烷膜分离性能的影响规律,总结了混合基质膜丙烯/丙烷分离性能的重要影响因素。然后,分别从聚合物基质和MOFs填料入手,介绍了MOFs基丙烯/丙烷高效分离混合基质膜的研究现状,并从改善界面相容性、调控膜填料结构和调控膜基质结构三个方面,详细讨论了混合基质膜分离性能的优化方法。最后,针对混合基质膜丙烯/丙烷分离过程中存在的问题,对丙烯、丙烷分子在混合基质膜中传递机制进行了深入的分析,并对丙烯/丙烷分离混合基质膜的设计制备和应用研究进行了展望。

摘要：为了实现混合基质膜中CO_(2)的高效分离,设计了羧基化多壁碳纳米管(CNT)和氨基化β-环糊精金属有机骨架(β-CD MOF)双填料(CM),并将其引入磺化聚醚醚酮(SPEEK)基质中,在膜内同时构建CO_(2)扩散通道和亲和位点,增强了混合基质膜的分离性能。采用FTIR和BET表征了CM的化学结构和孔结构,借助膜的SEM、FTIR和力学性能表征了填料-聚合物界面相互作用。研究了CM的合成比例、含量、压力、温度和混合气等因素对混合基质膜分离性能的影响。结果表明:CM与SPEEK之间具有良好的相容性并为气体分子提供了快速的传递通道。在改性CNT与MOF的质量比为5∶5、添加量为7%(质量)以及0.1 MPa和25℃的条件下,混合基质膜的分离性能最优,CO_(2)渗透性为844 Barrer,CO_(2)/N_(2)选择性为84,与纯SPEEK膜相比,分别提升了178%和163%,超过2019年上限。羧基化CNT的直孔通道缩短了CO_(2)的扩散路径,同时改性β-CD MOF表面的氨基载体提升了CO_(2)的溶解性,两者协同提高了混合基质膜的分离性能。此外,负载双填料的膜比单独负载相同含量的羧基化CNT或氨基化MOF的膜具有更好的分离性能。在360 h的测试过程中,混合基质膜保持较好的分离稳定性。

摘要：CO_(2)分离膜技术是有效减少温室气体排放和能源气体净化的重要手段。设计制备新型混合基质膜(Mixed matrix membranes,MMMs)是同时提高膜的渗透性和选择性的有效途径。MMMs在多种膜分离材料中表现出了优异的CO_(2)分离性能,并且其具有潜在的克服trade-off效应的前景,因此被研究者广泛关注。MMMs中的填充剂对其分离性能起到至关重要的作用。首先介绍了MMMs中CO_(2)的传递机制,从传统型填充剂和新型填充剂入手,总结了近年来MMMs中不同种类的填充剂在膜基质中起到的作用以及对CO_(2)分离性能影响的研究进展。最后,对MMMs用于CO_(2)分离未来的发展进行了展望。

摘要：天然气是当今最重要的清洁能源之一,为了满足天然气纯化的需求,该文设计了一项综合研究方案,包括孔材料构筑、主-客体组装、薄膜制备、结构表征和性能分析等,实现了新型混合基质膜的创新研究。该实验以多孔有机笼为填料,通过离子液体在其内部的组装来调控孔道尺寸。分离结果表明:经离子液体组装的混合基质膜展现出优异的CO_(2)/CH_(4)分离性能,与聚合物膜和未经离子液体组装的混合基质膜相比,分离性能分别提升了50.4%和245.3%,且具有出色的压力和时间稳定性,为多孔有机笼在分离膜中的应用提供了新的思路,也为天然气纯化膜材料的设计提供了新的方向。

摘要：膜分离技术因其低成本、低能耗及高效率的优势被认为是最具有前景的碳捕集技术之一。混合基质膜结合了有机材料与无机材料两方面的优势,是同时提升渗透性和选择性的有效手段。本文从气体在混合基质膜中的传递机制出发,以常见的无孔型与多孔型无机填料为基础,总结了近年来混合基质膜在二氧化碳捕集领域的研究进展,介绍了不同类型的填料在高分子基质中所起到的微结构调节作用,并着重阐述了在混合基质膜制备过程中无机填料与高分子基质之间所存在的相容性问题及其解决方法。最后,提出混合基质膜应在继续致力于填料结构设计、填料分散、构效关系等方面的同时,加强二维填料、微囊填料和促进传递机制等方面的研究。