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摘 要

以2-甲基咪唑为配体，Zn（CH₃COO）₂·2H₂O提供Zn² 作为连接点，用水热合成法制备纳米级别的ZIF-8晶体，最后用无溶剂的方法在AL₂O₃载体上制备ZIF-8涂层。首先用热铺的方法在氧化铝载体上涂一层纳米级别的氧化锌，用于提供Zn² 源；然后采用沾涂的方法将提前制备好的ZIF-8晶体溶液涂在预涂了氧化锌的载体上，用于诱导合成ZIF-8涂层；最后在预处理后的载体上滴加正丁醇或水溶解了不同浓度的2-甲基咪唑溶液，在高温下合成ZIF-8涂层。介绍MOFs材料的结构及应用的同时，详细地分析了沸石咪唑酯骨架材料（ZIFs），具体介绍的是ZIF-8，也探讨了ZIF-8的合成方法和应用。

关键词：ZIF-8，MOFs，沾涂、热铺法，分离性能，沸石咪唑酯骨架材料（ZIFs）

Abstract

ZIF-8 crystal was prepared by hydrothermal synthesis using Zn2 as the ligation point with 2-methylimidazole as the ligand and Zn (CH3COO) 2 • 2H2O as the ligation point. Finally, ZIF-8 was prepared on the AL2O3 vector by solvent-free method coating. First, a layer of nano-sized zinc oxide was coated on the alumina support by hot-surfacing to provide a source of Zn2 ；The prepared ZIF-8 crystal solution was then applied to the pre-coated zinc oxide carrier for the synthesis of ZIF-8 coating by dip coating method；At the end of the pretreatment, n-butanol was added dropwise to dissolve the different concentration of 2-methylimidazole solution, and the ZIF-8 coating was synthesized at high temperature. In this paper, the structure and application of MOFs were introduced, and the zeolite imidazole ester skeleton material (ZIFs) was described in detail. The method and application of ZIF-8 were also introduced.

Key words: ZIF-8, MOFs, dip coating, hot shop, propylene / propane, separation properties, zeolite imidazole ester skeleton material (ZIFs)

目录

摘要 1

Abstract 2

背景 5

第一章 文献综述 6

1.1MOFs的简介 6

1.2 MOFs材料的性质 6

1.2.1多孔性和超高比表面积 6

1.2.2结构的多样性 7

1.2.3具有不饱和的金属位 8

1.3沸石咪唑骨架膜的特性和制备 9

1.3.1 沸石咪唑骨架膜的特点 9

1.3.2 ZIFs材料的发展现状 11

1.3.3 ZIFs材料的性能及应用 11

1.3.4 ZIF8膜的合成 12

（1）1.5.1 直接合成法 12

1.4金属有机骨架材料膜MOFs(ZIFs)的发展前景 13

1.5 ZIF-8材料简介 13

1.6 ZIF-8膜的前景 14

第二章实验部分 15

2.1 实验所用的试剂和仪器 15

2.2 ZIF-8晶种和膜的制备 16

2.2.1载体制备 16

2.2.2原料溶液的制备 16

2.2.3晶种层制备 17

2.2.4 ZIF-8膜的制备 17

2.3复合膜通量测试 18

2.3.1气体分离性能评价 18

2.3.2气体分离性能实验装置及测试方法 18

2.4 ZIF-8/ZnO膜的表征 19

2.4.1 X射线衍射（XRD）分析 19

2.4.2样品环境电镜扫描（SEM） 19

2.4.3热重（TGA）分析 19

第三章 实验结果与讨论 20

3.1表征结果与讨论 20

3.1.1 X 射线衍射分析——XRD 20

3.1.2 电镜扫描（SEM） 22

第四章 结果与展望 25

参考文献 26

致 谢 28

背景

丙烯是仅次于乙烯的第二重要基础原料，2014年的全球需求量已经达到了900万吨，相关人士预测到2023年丙烯的全球需求量将高达1300万吨，现在已经广泛应用于聚丙乙烯、醇、酸、醚、酯等的生产。一般我们都知道丙烷、丙烯的沸点以及挥发度都十分相近，所以现在化工生产中将二者分离存在一定的困难，目前我们主要采用高成本、高能耗的低温精馏来将二者分离，更好的分离方法仍在探寻当中。气体分离膜技术可以说是一项大有可为的新技术。因为气体膜分离过程不发生相的转移，因此不需要用低温液化丙烷/丙烯混合气体；同时在分离的过程中用不到昂贵的高压设备且所用仪器占地面积较小，因此节约了大量成本。在多孔载体上生长的连续沸石膜具有替代当前基于能量的低温精馏分离方法的巨大潜力。这项技术如果能在工业上大放异彩必须满足下列条件。第一个是通过从膜的顶部到底部相对于基板平面垂直取向的通道来生长它们，以使渗透率最大化。第二个是使它们尽可能薄，以最大化渗透。第三是将它们无孔生长以最大化分离因子。第四种是使它们生长，使得它们在煅烧过程中不会形成裂纹，以除去那些带有模板的沸石膜的有机模板。第五个是通过节省化学品，简化程序和以较便宜的方式代替昂贵的多孔氧化铝载体，从经济上成长。第六是通过不产生任何废物，使他们环保。但是，尽管在这一领域做出了巨大努力，但是还没有满足上述所有要求的方法。本实验中，我们采用无溶剂的方法去合成ZIF-8涂层。事实上，使用溶剂的方法来生长膜一直是这一领域的共同传统。因此，浪费了额外的时间和大量的化学物质。现在，如果有一个满足前四个要求的无凝胶方法，这种方法是革命性的，因为这种方法自动满足最后两个要求。然后，程序变得简单得多，节省时间，不需要溶剂制备步骤，凝胶活化步骤，膜和反应器的洗涤，膜的干燥和母液的中和处理，从中和回收有机盐 母液，不需要处理未反应的凝胶，母液，中和酸，有机盐和大量用于洗膜的水。

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