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摘 要

ZIF-8的化学式为Zn[MelM]₂，它是以咪唑酯沸石为骨架，同时具有晶体性质的多孔材料，它结构灵活且稳定，耐热耐腐蚀，在气体分离方面具有极高的使用价值，在磁性材料的科研中也有涉及。本文章详细论述了制备ZIF-8颗粒的三种方法，并对使用不同方法制得的ZIF-8粒子进行了表征与分析。

渗透汽化（Pervaporation）在分离共沸物、有机混合物的分离过程中具有很高的使用率，相比传统的精馏和冷却结晶方法，它的成本更低，效率更高。本文重点论述了ZIF-8/PDMS渗透汽化杂化膜的制备，并使用FT-IR分析、扫描电镜、接触角测定、热重分析、XRD分析等方法对样品进行了表征。最后对不同ZIF-8添加量的渗透汽化膜展开了性能分析，以通量与分离因子为指标探索最为合适的ZIF-8添加量，验证了渗透汽化膜在分离过程中的重要作用。

关键词：ZIF-8；聚二甲基硅氧烷膜；ZIF-8/PDMS杂化膜；渗透汽化；

Research on the preparation of ZIF-8/PDMS membrane and its separation performance

ABSTRACT

The chemical formula of ZIF-8 is Zn[MelM]₂. It is a porous material with an imidazolide zeolite as the backbone and a crystalline nature. It has a flexible and stable structure, and it is resistant to heat and corrosion, it also has extremely high use in gas separation. It is valuable to use ZIF-8 in the research of magnetic materials. This article discusses three methods for preparing ZIF-8 particles in details, and characterizes and analyzes ZIF-8 particles prepared by different methods.

Pervaporation has a high utilization rate in the separation of azeotropes and organic mixtures. Compared to the traditional distillation and cooling crystallization methods, it has a lower cost and higher efficiency. This article focuses on the preparation of ZIF-8/PDMS pervaporation hybrid membrane, and uses FT-IR analysis, scanning electron microscopy, contact angle determination, thermogravimetric analysis, XRD analysis and other methods to characterize the sample. Finally, performance analysis was carried out on pervaporation membranes with different amounts of ZIF-8 content. The most appropriate amount of ZIF-8 was explored by using flux and separation factors as indicators ，which verifies the important role of pervaporation membranes in the separation process.

Key words:ZIF-8; Polydimethylsiloxane membrane; ZIF-8/PDMS hybrid membrane; Pervaporation

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 ZIF-8粒子概述 1

1.1.1 ZIF-8粒子的简介 1

1.1.2 ZIF-8粒子的制备 1

1.1.3 ZIF-8粒子的应用 1

1.2 渗透汽化技术与渗透汽化膜的概述 2

1.2.1 渗透汽化简介 2

1.2.2 渗透汽化技术的应用 3

1.2.3 优先透醇膜材料 3

1.3 速溶茶的概述 4

1.3.1 速溶茶的简介 4

1.3.2 加工过程的技术研究进展 4

1.4 本文的研究目的、意义及主要内容 5

1.4.1 研究目的和意义 5

1.4.2 主要研究内容 5

第二章 ZIF-8粒子的合成及表征 6

2.1 ZIF-8的简介 6

2.2试剂与仪器 7

2.2.1 实验试剂 7

2.2.2 实验仪器 7

2.3 ZIF-8的制备 8

2.3.1 以去离子水为溶剂 8

2.3.2 以甲醇为溶剂 8

2.3.3 以二甲基甲酰胺（DMF）为溶剂 8

2.4 ZIF-8的表征 9

2.5 结果与讨论 10

2.5.1 扫描电镜分析 10

2.5.2 红外光谱分析 11

2.5.3 热重分析 12

2.5.4 X射线衍射分析 12

第三章 渗透汽化杂化膜的制备及表征与分析 14

3.1实验试剂与仪器 14

3.1.1主要试剂 14

3.1.2主要仪器 15

3.2 ZIF-8/PDMS杂化膜的制备方法 15

3.3 ZIF-8/PDMS膜的表征 16

3.4 结果与讨论 16

3.4.1 扫描电子显微镜（SEM） 16

3.4.2 热重分析 17

3.4.3 接触角（contact angle）测定 18

3.4.4 FT-IR分析 20

3.4.5 XRD分析 22

第四章 渗透汽化杂化膜的性能评价 24

4.1渗透汽化的简介 24

4.2实验装置模型与性能计算方法 25

4.1.1实验装置 25

4.2.2渗透汽化性能计算方法 25

4.3 乙醇/水体系渗透汽化性能评价 26

4.3.1性能评价方法 26

4.3.2 ZIF-8/PDMS渗透汽化杂化膜在乙醇/水体系中性能 26

4.4 本章小结 28

第五章 总结与展望 29

5.1结论 29

5.2展望 29

参考文献 31

致 谢 34

第一章 文献综述

1.1 ZIF-8粒子概述

1.1.1 ZIF-8粒子的简介

ZIF-8的化学式为Zn[MelM]₂， 它与Zn金属原子连接，是Zn与2-甲基咪唑结合的最基本的结构方式,在空间结构上呈现正四面体形状。每个分子再通过咪唑环的聚合作用，多个分子则通过离子键构成一个正六面体的配位化合物。这种化合物具有普遍单体物质没有的优点：比表面积高，孔径可微调和超疏水性等。在化学性质方面，正四面体分子结构聚合成的六边形化合物结构特殊，就使得Zn原子能够在特殊的环境下，留出更多的空位，为以后的提升预留了足够的空间。

1.1.2 ZIF-8粒子的制备

ZIF-8可以在不同的体系中合成，常用的方法有溶剂热法、模板法、超声波法和液相扩散法等。溶剂热法是将有机咪唑配体溶液与硝酸锌在不同的溶剂中溶解，得到沉淀的方法。本文列举了以六水合硝酸锌和2-甲基咪唑为溶质，分别以去离子水、甲醇和二甲基甲酰胺（DMF）溶剂，混合搅拌均匀后离心、风干的制备方法。本次实验中主要采用了以甲醇为溶剂合成ZIF-8。

1.1.3 ZIF-8粒子的应用

由于ZIF-8材料具有灵活的孔隙结构和疏水性能以及强大的吸附能力，因此ZIF-8粒子是最适合制备混合基质膜的材料之一。ZIF-8的应用前景非常广阔，它结构灵活且稳定，耐热耐腐蚀，在气体分离、催化等方面具有极高的使用价值，在磁性材料的科研中也有涉及。ZIF-8材料作为一个有广阔前景的膜基质纳米填料，不仅具有有机金属骨架，其聚合物基质也有良好的亲和力，能显著改善膜的分离性能和机械性能。目前使用ZIF-8材料制备混合基质膜的方法有了很大改进，随着科研的深入，关于ZIF-8的合成改进方法还在继续。

1.2 渗透汽化技术与渗透汽化膜的概述

1.2.1 渗透汽化简介

渗透汽化（Pervaporation）就是指混合物在蒸汽作用下，膜两侧形成压力差从而使两种或多种物质在膜两侧汽化分离。渗透汽化（Pervaporation）在分离共沸物、有机混合物的分离过程中具有很高的使用率，相比传统的精馏和冷却结晶方法，它不仅成本更低，而且效率更高^[1-4]。因此渗透汽化工艺在精细化工、制药、食品、环境等领域发展前景广阔。

渗透汽化的必要组件是膜和真空泵，规定膜有混合物的一侧为截留侧，连接真空泵的一侧为渗透侧。在真空泵运作时膜两侧形成压差，渗透组分在膜面溶解，在真气分压差的作用下，使得组分在渗透侧汽化，最后冷凝得到渗透液，而截留侧则留下不能通过膜的组分，这样就达到了混合物的特定组分的分离^[5-7]。

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