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摘 要

金属-有机骨架材料（MOFs）具有比表面积大、气体吸附性能优良、水热稳定性好等特点。而气体分离膜主要分无机膜和有机膜两大类。无机膜质以分子筛分为机理，地较脆，生产成本高，有机膜是以溶解扩散为分离机理，存在分离性能和渗透系数的存在此消彼长的矛盾。目前在改善膜分离性能方法中，将无机粒子添加到有机膜中合成混合基质膜（MMMs）具有较好的效果和应用前景。Pebax2533 的CO₂渗透性和CO₂ /N₂分离系数较高，是良好的CO₂ /N₂分离材料，UIO-66的选择性和通量较高，是良好的分离材料。

实验结果发现，Pebax2533和UIO-66两者以质量比为1:10复合出来的有机膜最为合适。然后通过测定其对CO₂、CH₄、N₂的通透性和选择性来判断其气体分离性能。然后对其表征，判断其内部结构，继而为后续实验做铺垫。

关键词：MOFs材料，Pebax2533，CO2 /N2分离，UIO-66

Synthesis of UIO-66 /Pebax2533 composite membrane and its gas separation performance Abstract

Metal - organic framework compounds (MOFs) are the fastest growing new type of porous material in recent decades. Due to the richness of structure, adjustable, the diversity of channels, high specific surface area and having an unsaturated metal complex, etc., which in reaction catalysis, electromagnetic, optical, reaction conductive film, drug delivery, gas separation and storage and other fields have a wide range of applications, particularly in the gas storage is widely recognized, it has a bright prospect. Pebax2533 permeability of CO₂ and CO₂ / N₂ separation factor higher, is a good CO₂ / N₂ separation material, high UIO-66 selectivity and flux are good separating material.
It was found that both Pebax2533 UIO-66 and a mass ratio of 1:10 out of complex organic film is most appropriate. Then by measuring its permeability and selectivity for CO₂, CH₄, N₂ gas separation to determine its performance. Then its characterization to determine their internal structure, in turn pave the way for subsequent experiments

目录

UIO-66/Pebax2533复合膜及其气体分离性能的研究 摘要 2

Synthesis of UIO-66 /Pebax2533 composite membrane and its gas separation performance Abstract 3

第一章 综述 6

1.1 课题研究背景及意义 6

1.2 金属有机骨架材料MOFs 7

1.2.1 MOFs简介 7

1.2.2 MOFs的特点 7

1.2.3 MOFs的分类 7

1.2.4 MOFs材料的合成方法 8

1.3 UIO-66简介 8

1.4 Pebax2533简介 9

1.5 本课题的研究目的及意义 10

第二章 实验部分 11

2.1 实验试剂与实验仪器 11

2.1.1 实验试剂 11

2.1.2 实验器材 11

2.1.3 实验设备 12

2.2 Pebax2533/UIO-66复合膜的制备 14

2.2.1 UIO-66的合成 14

2.2.2 Pebax2533的溶解 14

2.2.3 复合膜的制备 14

2.3 Pebax2533/UIO-66复合膜分离性能的研究 15

2.3.1气体分离性能评价 15

2.3.2气体分离性能实验装置及测试方法 15

2.4 Pebax2533/UIO-66复合膜样品的表征 16

2.4.1 X射线衍射分析(XRD) 16

2.4.2扫描电子显微镜分析(SEM) 17

2.4.3 红外光谱分析 17

第三章 实验结果与讨论 18

3.1 气体渗透性能结果与讨论 18

3.2 UIO-66/ Pebax2533的表征结果讨论 20

3.2.1粉末XRD衍射讨论 20

3.2.2环境电镜扫描 21

3.2.3 红外光谱分析 23

第四章 结论和展望 25

参考文献 26

致 谢 28

第一章 综述

1.1 课题研究背景及意义

在现代科技飞速发展的时代，目前尾气，工业废气的车辆因为气温上升和更严重的环境问题的结果，它一直是社会和经济发展产生了一定的影响，节能，环保已经成为一个广泛的关注。二氧化碳（CO₂）作为主要的温室气体和酸性侵蚀性气体。如何保持经济的可持续发展和条件的社会需求，有效地控制和减少二氧化碳排放量，减少“温室效应”沉重的环境压力，实现经济的可持续发展和环境保护的“双赢”，它已成为世界上严重面临的问题[3]。该方法目前用于CO₂的分离主要是化学吸收，低温蒸馏方法，压力摆动吸附和膜分离。相对于其他分离方法^[23]，一个气体分离膜具有功耗低，无相变，操作方便，设备简单轻便，易于放大生产和高可靠性的操作，适合捕获和CO₂气体中分离^[4]。

目前应用于CO₂分离的膜主要分为两大类，一类是以分子筛分为机理的无机膜，另一类是以溶解扩散为分离机理的有机膜。无机多孔膜，如沸石膜和碳分子筛膜，具有高的气体量和选择性以及良好的稳定性，在CO₂分离过程中体现出优越性^[5-7]。但是无机膜的制备条件比较苛刻（高温合成或煅烧）以及其昂贵的无机支撑体，使得制备成本难以被工业膜分离接受。相对于无机膜，有机膜在制备工艺上具有绝对显著的优势^[27]，如：低成本、高重复性、以及易放大^[8-10]。由于金属有机骨架材料（金属 - 有机骨架，称为MOFs材料）具有复杂的和定期的孔结构，表面积很大，也可以吸收大量的气体，这种材料改性的配体或改性，可大大提高其吸附能力和选择性，以更有效地解决全球变暖和环境问题，近年来，一类多孔材料的快速发展，所以它们的研究和开发具有广阔的应用前景^[1,2]。

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