光敏性MOF填充混合基质膜的制备及SO2分离性能研究

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膜法气体分离技术由于其低能耗、操作简便等优势受到科研工作者的广泛关注。而在众多膜材料中,高分子-无机混合基质膜因其出色的性能优势成为气体膜分离技术领域的研究热点。本研究以捕获SO2为目的,将金属有机骨架材料(Metal-Organic Framework,MOF)填充至嵌段聚醚酰胺(Pebax?1657)高分子基质中,制备了多种混合基质膜。通过对气体传递通道和溶解-扩散机制的强化,实现膜的SO2渗透性与选择性的提高,使脱硫过程具备动态光响应特性。研究结果如下:混合基质膜传递通道调控与传递机制强化:将带有SO2亲和基团或亲和位点的(功能化)MOF材料(NH2-MIL-53、Azo@NH2-MIL-53;MOF-199、Azo@MOF-199)分别填充到Pebax基质中,制备混合基质膜,同时实现传递通道的调控与传递机制的强化。首先,引入高比表面积及孔隙率的MOF材料,构建了丰富的SO2传递通道,并且MOF中固有及引入的SO2亲和基团(亲和位点)增加了SO2的亲和性,共同强化了混合基质膜的溶解-扩散机制。Pebax/Azo@NH2-MIL-53-20%膜的SO2渗透性和选择性相较于Pebax纯膜分别提升了135%和94%,Pebax/Azo@MOF-199-25%膜的SO2渗透性和选择性相较于Pebax纯膜分别提升了198%和157%,实现了SO2的渗透性与选择性的同步提升。SO2动态光捕获机制:偶氮分子具备的光响应特性使Pebax/Azo@MOF膜(MOF=NH2-MIL-53或MOF-199)的SO2分离过程亦具备了动态光响应特性,分别以Pebax/Azo@NH2-MIL-53-20%膜及Pebax/Azo@MOF-199-25%膜为光控SO2分离过程的研究对象,结果表明,在Vis条件下,膜的SO2渗透性与SO2/N2的选择性较大,而在UV条件下,膜的SO2渗透性与SO2/N2的选择性会减小,并且该过程是可逆的,说明Pebax/Azo@MOF膜的SO2分离过程具有明显的光响应性。
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