在管狀陶瓷基片上構(gòu)建MOF/有機硅薄膜材料用于氣
瀏覽次數(shù)： 342 發(fā)布時間：2017-08-11 09:30:43 發(fā)布人：editor
在管狀陶瓷基片上構(gòu)建MOF/有機硅薄膜材料用于氣體的高效分離
【引言】
盡管基于多孔碳和多孔沸石類的無機多孔薄膜具有優(yōu)良的氣體滲透和分離性。但這類薄膜很難復(fù)制，MOFs因為孔穴和性能的可調(diào)性具有優(yōu)勢。基于MOFs的薄膜可用于能源和環(huán)境相關(guān)的氣體分離。在純MOF薄膜上這些MOFs本身的可控隧道和選擇吸附性的優(yōu)勢很難充分利用，因為在管狀陶瓷基片上很難構(gòu)建無缺陷的MOF薄膜。這種由MOF和有機框架復(fù)合混合基質(zhì)薄膜 可能會達到出奇的高選擇性但是卻存在MOF粒子與聚合物之間由于兩相的相容性產(chǎn)生的不可避免的界面缺陷，這也阻礙了該方面研究的進展。同時這種混合基質(zhì)MOF/聚合物薄膜具有非常低的氣體通量。
【成果簡介】
近日，中科院寧波材料所陳亮(通訊作者)與福建省高分子材料重點實驗室陳邦林(通訊作者)等人在Energy& Environmental Science上發(fā)表了一篇題為“Nanoscale MOF/Organosilica Membrane on Tubular Ceramic Substrate for Highly Selective Gas Separation ”的文章。該研究組提出一種通用高效的策略在管狀陶瓷基片上設(shè)計合成了基于MOF的混合薄膜。將MOF與有機硅交聯(lián)的策略復(fù)合MOF(可調(diào)的空穴尺寸，識別氣體分子的特殊功能位點)與有機硅(可控的空穴尺寸，較高的水熱穩(wěn)定性，與陶瓷基質(zhì)的親和力)的優(yōu)良特性。輕薄小巧的MOFs/有機硅復(fù)合薄膜能夠管狀陶瓷基片上形成并牢固鍵合。并且這種復(fù)合薄膜表現(xiàn)出與初始MOF關(guān)聯(lián)的優(yōu)良的氣體分離性能、高選擇性和高滲透率。這種分別基于ZIF-8 和 MIL-53-NH2 的MOF和有機硅形成的納米復(fù)合膜在室溫下對H2/CH4 (1:1)和CO2/CH4 (1:1)兩組混合物中H2、CO2分離性分別是H2/CH4 分離比=26.5, H2 通量=1.06×10-6 mol?m-2?s-1?Pa-1和CO2/CH4 分離比=18.2, CO2 通量=1.44×10-7 mol?m-2?s-1?Pa-1。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1：以管狀氧化鋁為基質(zhì)的MOF/ 有機硅納米復(fù)合材料膜上用于氣體分離示意圖。
圖2：不同MOF/有機硅薄膜的SEM電鏡圖
(A)ZiF-8/有機硅薄膜掃描電鏡的圖像的表面和橫截面視圖;
(B) MIL-53-NH2/有機硅薄膜掃描電鏡的圖像的表面和橫截面視圖;
(C) CAU-1-NH2/有機硅薄膜掃描電鏡的圖像的表面和橫截面視圖。
圖3：不同MOF/有機硅薄膜對四種單組分氣體的吸附性
(A) ZiF-8/有機硅薄膜對H2 ，N2，CO2 和CH4 的通量;
(B) MIL-53-NH2/有機硅薄膜對H2，N2，CO2 和CH4 的通量;
(C) CAU-1-NH2/有機硅薄膜對H2，N2，CO2 和CH4 的通量。
圖4：不同MOF/有機硅薄膜對四組混合氣體的選擇吸附性
(A) ZiF-8/有機硅薄膜對H2/CH4，H2/N2，CO2/CH4的CO2/N2的選擇吸附性;
(B) MIL-53-NH2/有機硅薄膜對H2/CH4，H2/N2，CO2/CH4的CO2/N2的選擇吸附性;
(C) CAU-1-NH2/有機硅薄膜對H2/CH4，H2/N2，CO2/CH4的CO2/N2的選擇吸附性。