两步干凝胶转化法制备UiO-66膜并用于己烷异构体的高效分离

己烷异构体是石化行业重要的基础原料,对其进行高效低能耗分离具有重要的战略意义。金属-有机骨架(MOF)材料由于其精准可调的孔道结构和表面功能,在解决挑战性的己烷异构体分离方面备受关注。本文报道了一种以两步干凝胶转化策略制备连续致密UiO-66薄膜的方法。对UiO-66膜的形成过程与微结构的表征结果表明,两次引入锆凝胶是形成致密膜的关键,一方面锆凝胶和晶种的混合相作为前躯体层为膜的初步生长提供了均匀且丰富的多尺度成核位点,另一方面锆凝胶的二次自转化可以密封UiO-66膜的晶间缺陷。渗透汽化试验证实了两步干凝胶转化法制备的UiO-66膜能够优先渗透直链和单支链烷烃而排阻双支链烷烃。

UiO-66膜的制备及其对正/异丁烷体系的分离

用擦涂法在α-Al_2O_3支撑体上引入ZrO_2层,利用晶种二次生长法,在α-Al_2O_3支撑体的ZrO_2层上引入UiO-66晶种,成功制备了UiO-66膜。通过XRD和SEM对UiO-66晶种及膜的结构和形貌进行了表征,考察了调节剂乙酸含量和ZrO_2过渡层对UiO-66膜结构和形貌的影响。在温度25℃、压力0.08MPa下,测试了气体分子的渗透性能,检测了UiO-66膜的完整性。考察了跨膜压差和温度对i-C_4H_(10)和n-C_4H_(10)两种气体在UiO-66膜上渗透速率的影响,探究了UiO-66膜对i-C_4H_(10)和n-C_4H_(10)两种气体的渗透选择性能。结果表明,采用多次擦涂法引入ZrO_2层后,获得了覆盖度高且膜层厚度均匀的UiO-66膜,膜厚度为5μm。UiO-66膜对i-C_4H_(10)和n-C_4H_(10)两种气体具有反向渗透性能,在跨膜压差为0.08MPa、温度为25℃时,UiO-66膜对i-C_4H_(10)/n-C_4H_(10)两种气体的理想渗透选择性达3.6,渗透速率分别为4.39×10-7和1.22×10-7 mol/(m2·s·Pa)。

UiO-66膜的制备及其在分离领域中的应用

膜分离是推动节能生产和治理环境污染的有效手段之一。金属-有机框架(MOFs)材料因其具有独特的结构和优异的性能,已成为极具应用价值的分离膜材料,超高稳定性的UiO-66更是在众多MOFs材料中脱颖而出.目前,仅少量文献讨论了UiO-66膜材料的制备和应用,鲜有工作系统报道其在分离领域中的应用.因此,本文首先系统介绍了UiO-66膜的制备方法,进一步阐述了其在气体分离、油水分离、染料去除、重金属去除和海水淡化等领域中的应用,最后对UiO-66膜制备方法和应用前景进行了总结和展望.

凝胶修饰结合同源金属诱导制备UiO-66气体分离膜

金属有机骨架化合物UiO-66具有孔隙率高、孔道尺寸可调、优良的化学稳定性和热稳定性等特点,是理想的膜分离材料,在气体膜分离领域具有很高的应用价值.针对在大孔载体上难以制备连续完整的UiO-66膜的问题,采用凝胶修饰载体和同源金属氧化物诱导相结合的方式,在大孔氧化铝载体上制备致密的UiO-66膜,通过SEM、XRD、EDX等探究了Zr溶胶浓度和合成液组成等因素对成膜的影响,并与传统晶种生长法成膜过程进行了对比.实验结果表明,Zr溶胶的最佳质量浓度为0.16 g/mL,合成液乙酸最佳摩尔比为1∶100,所制备的膜在0.1 MPa条件下,H_(2)的渗透速率为6.20×10^(-8)mol/(m^(2)·s·Pa),H_(2)/CO_(2)、H_(2)/N_(2)、H_(2)/CH4的理想选择性分别为20.79、2.42、2.02.

PPy@UiO-66复合膜用于选择性去除水中钠离子

再生水的回用可缓解水资源危机,而其中高浓度的钠(Na^+)成为其灌溉回用中的危害因素。采用电化学双脉冲法制备了一种由金属有机框架化合物UiO-66与聚吡咯(PPy)杂化的PPy@UiO-66复合膜,并研究了其对钠离子的电控离子交换性能。结果显示,该复合膜对钠离子具有良好的电控离子交换能力,其原因可归结于UiO-66的孔道结构及有机配体对Na^+的亲和性。钠离子交换量达45.61 mg/g,且其对Na+的选择性也明显优于Li^+、K^+。利用周期性调变膜的还原和氧化电位的方式,实现了Na^+在膜与溶液之间快速的传递与交换。此外,PPy/UiO-66复合膜比单一的PPy膜具有更高的钠离子交换量。

季铵化聚苯醚和UiO-66修饰的类“三明治”结构复合膜的制备

以阳极氧化铝(AAO)为支撑层,采用季铵化聚苯醚(QPPO)与金属有机框架材料UiO-66-NH_(2)分别对其两侧进行表面修饰,制备了系列类“三明治”结构复合膜并研究了改性层对所制备的复合膜的膜面电阻和亲水性等的影响规律。电渗析测试结果表明:UiO-66-NH_(2)单独作为分离层时,其选择性为■,显著大于QPPO层的选择性(■)。对于复合膜,其选择性近似,其值为■。UiO-66-NH_(2)的高选择性可归因于其孔尺寸对不同尺寸离子的精确筛分。然而,QPPO改性层较低的选择性限制了复合膜选择性筛分离子的能力,从而导致复合膜单价离子选择性不如单层UiO-66-NH_(2)-AAO膜.