改性Cu3(BTC)2填充PDMS/PEI复合膜的气体分离研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pz199
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金属-有机骨架(MOFs)在近20年来发展迅速,由于其具有大比表面积与孔隙,使它在气体吸附和分离面有着巨大的潜在应用价值。Cu3(BTC)2是一种典型的MOF材料,对CO2有着较高的吸附亲和力,常制备成膜后进行CO2的吸附与分离。本文合成了不同粒径Cu3(BTC)2晶体,并对材料进行改性,引入不同的改性基团,随后将改性后填充到PDMS/PEI复合膜中制成杂化膜,与未改性Cu3(BTC)2晶体制备的杂化膜进行气体分离性对比,主要工作如下:1.通过水热法合成了粒径为5μm的Cu3(BTC)2晶体,并使用六甲基二硅氧烷对其进行后合成改性,并通过实验寻求改性的最佳反应时间与最佳改性剂浓度。随着改性反应时间的延长,改性Cu3(BTC)2晶体接触角度逐渐变大,当改性时间在16h以内时,通过SEM与XRD可知晶体形貌完整,而当改性时间超过16h之后,晶体破碎,不能再使用;随着改性剂浓度的增大,晶体接触角度在改性剂浓度为4%的条件下出现极值。将不同时间与不同改性剂浓度改性的Cu3(BTC)2晶体填充至PDMS/PEI复合膜进行分离性测试,改性时间为16h与改性剂浓度为4%条件下分离效果最佳,分离因子较未改性杂化膜提高了5.5%;2.分别使用乙烯基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷对Cu3(BTC)2晶体进行改性,利用不同基团的硅氧烷,考察改性基团对Cu3(BTC)2晶体改性的影响。随后将不同硅氧烷两两混合,考察多组分改性剂对Cu3(BTC)2晶体改性的影响。结果表明,最佳的单组份改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷,其杂化膜较未改性晶体杂化膜的分离因子提高了21%。最佳的复合改性剂为六甲基二硅氧烷与γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合的改性剂,其杂化膜较未改性晶体杂化膜的分离因子提高了20%;3.使用配位调控法合成小粒径的Cu3(BTC)2晶体,并分别使用最佳单组份改性剂和复合对其进行改性后填充至PDMS/PEI复合膜,结果表明,500nm的改性杂化膜相较于500nm未改性杂化膜分离因子分别提高35%和41%,50nm的改性杂化膜相较于50nm未改性杂化膜分离因子分别提高37%和41%。
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