文 献 综 述

在过去的至少三十年里，多孔固体材料已成为化学家、物理学家和材料科学家研究最广泛的领域之一。人们已经发现这些材料在许多领域都有大量的应用，如吸附、分离和纯化，以及催化。在我们日常生活中,多孔固体作为吸附剂或膜填料会直接或间接影响分离和纯化。多孔材料应用的探究成为一个研究的热点。金属有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)是一类新型多孔固体材料，出现了大约二十年，并迅速发展成为一个富有成果的研究领域[1]。该材料在分离和纯化方面的性能引起了化学领域、化学工程、材料科学以及其他的研究人员的浓厚兴趣。尽管对该材料的研究还处于起步阶段，但是，对这个材料的研究已经表明，MOFs材料结构多样、孔隙尺寸大小可调并且比表面积高，在气体分离方面体现出广泛应用前景，被认为是新一代的膜材料。

作为MOFs材料的一个子类，沸石咪唑酯骨架结构材料 (Zeolitic Imidazolate Frameworks, ZIFs)，不但具有优越的化学和热稳定性，而且具有分子尺寸的孔径，被认为是最具应用前景的小分子分离膜材料，得到了广泛的研究，包括ZIF-8、ZIF-7[2]、ZIF-22[3]和ZIF-90[4]等。其中，ZIF-8是最具代表性的ZIFs材料。

就目前而言，研究者对ZIF-8膜在气体分离上的应用研究非常活跃，下面就详细介绍一下有关ZIF-8膜的研究进展。

Caro研究小组在2009年用微波辅助溶剂热合成了分子筛属性的沸石咪唑框架膜（ZIF-8），并证明其对氢的分离能力很强[5]。2010年，该小组又通过使用巨正则蒙特卡(grand canonical Monte Carlo)模拟和红外显微镜（IRM）数据预测了ZIF-8膜对于二元混合气体的渗透分离性能。很快，他们用新开发的ZIF-8膜分离不同进料压力下的等摩尔的乙烯/乙烷混合物，取得了不错的结果[6]。2011年，他们又用二次生长法制备连续完整的ZIF-8膜，并用X-射线衍射证明该膜优选方向是在膜成长过程中逐渐形成的。在混合气体渗透实验中，膜在H2和碳水化合物分离方面表现出良好的性能[7]。

Lai的团队在2011年首次在水溶液中快速合成ZIF-8膜，其合成时间与在非水环境下相比只有几分钟，并且得到的ZIF-8纳米晶粒为85nm，表现出极好的热、水热和溶剂热稳定性[8]。继而，他们继续之前的研究，在室温下水溶液中通过新的晶种生长法快速合成高品质的ZIF-8膜，同时进行了C2/C3混合物的分离，ZIF-8显示出优异的分离性能[9]。到2012年，Lai等人并没有停止研究的脚步，而是继续挑战丙烯/丙烷混合物的分离，这在石化行业中非常重要，也非常有挑战性。他们用水热法合成的ZIF-8膜具有优异的分离性能，广泛的使用到分离丙烯/丙烷混合物中。在最佳的分离条件下，该膜的丙烯渗透率为200巴勒，丙烯/丙烷的分离因数为50，这些数据均超过了现有的聚合物膜和碳膜的”上限权衡”线。实验数据还表明，该膜具有优良的再现性，长期稳定性和热稳定性[10]。随后，他们以中空氧化钇稳定氧化锆（YSZ）光纤为支撑体使用温和的和环境友好的晶种生长法成功地制备了ZIF-8陶瓷中空纤维膜。他们做的单组分渗透的研究表明，该膜的氢透过量非常高约15#215;10-7mol/m2 s Pa，理想选择性超过1000[11]。

除了上面两个研究小组之外，还有一些值得提及的关于ZIF-8分离膜的工作。比如：2010年Moises A. Carreon等人用二次生长的方法制备了连续的ZIF-8膜，结果表明ZIF-8膜表现出前所未有的高CO2渗透率，并且对于等摩尔混合的CO2和CH4，该膜表现出相对较高的分选指标[12]。同年，Hae-Kwon Jeong等人在表面改性和溶剂热原位增长的基础上，采用一次原位生长法制备了ZIF薄膜。通过简单的表面改性，使α-Al2O3支撑体和咪唑配体之间形成较强共价键，从而促进非均相成核和生长ZIF晶体在支撑体表面生长[13]。

从这些报告来看，对ZIF-8膜的研究主要集中在两个方面：膜的制备方法和膜的分离性能表征。膜的分离性能非常重要，它是衡量一个膜潜在应用价值的重要指标。目前有很多研究人员看重这一点,但是ZIF-8膜的优越性能仍然没有充分挖掘出来，还需要广大的科学研究者继续努力，争取最大限度的发觉其优势，为科研工作做出杰出贡献。

参 考 文 献

[1] H. X. Yu, F. M. Zhang, Y. J. Zhong, W. D. Zhu, Applications of Metal-organic Frame- works in

Catalysis, Guang dong Chemical Industry. 11 (2012)34-45.