聚合物支撑的金属有机骨架膜的制备及其气体分离性能

作者：付静茹; 贲腾; 裘式纶^*

来源：Acta Physico - Chimica Sinica, 2020, 36(01): 218-226.

• 膜
• 聚合物
• 金属有机骨架
• 气体分离
• 氢气纯化

由于MOF(金属有机骨架)膜与基底之间的作用力较薄弱,所以制备具有高的H2渗透性和H2/CO2选择性的致密连续的大面积金属有机骨架膜仍具有巨大挑战。本文选取多孔Al2O3作为基底,在表面涂覆一层PIM-1(一种固有微孔聚合物),并对其进行羧基化处理,使得表面具有大量的羧基基团,随后利用羧基与金属之间的相互作用,原位生长得到了两种致密连续的聚合物支撑的MOF膜(PIM-1-COOH/ZIF-8和PIM-1-COOH/HKUST-1)。通过XRD的表征可以看出MOF膜是纯相的并且具有较高的结晶性;SEM的测试结果表明MOF膜是致密连续的并且MOF膜与基底之间紧密结合。气体分离测试结果表明,这两种MOF膜对H2具有较高的渗透性以及H2/CO2选择性。在常温常压下,对于PIM-1-COOH/ZIF-8和PIM-1-COOH/HKUST-1膜,H2/CO2双组分气体的分离系数分别为7.32、9.69,并且它们H2的渗透通量分别高于3.16×10-6、1.14×10-6 mol·m-2·s-1·Pa-1。在单组份测试中,这两种MOF膜的H2/CO2的理想分离系数分别为7.70、12.04;H2的渗透通量分别高达3.73×10-6、3.86×10-6 mol·m-2·s-1·Pa-1,这就表明这两种MOF膜有望在H2的纯化和分离方面广泛应用。

• 单位
  无机合成与制备化学国家重点实验室; 吉林大学