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金属有机骨架(MOFs,Metal-Organic Frameworks)是一类新型的多孔晶体材料,因其具有比表面积大、孔道大小及结构可调、易于功能化等特性而被广泛应用于气体存储、催化、识别、膜分离等领域。MOFs膜在气体以及液体分离领域展现出优异的应用潜能,但由于膜分离对膜材料稳定性的高要求,目前关于MOFs膜的研究主要集中在稳定性较高的几类MOFs材料,如ZIFs,MILs以及UiO-66系列。因此,设计或寻找新型稳定性MOFs材料用于膜制备及分离应用是MOFs膜研究领域发展的一个重要方向。Ni-LAB[Ni2(L-asp)2bipy]是一种手性MOF材料,由NiCO3、手性配体L-天冬氨酸(H2L-asp)以及桥连配体4,4’-联吡啶(bipy)配位自组装而成,具有尺寸约为3.8×4.7 A的一维孔道,其稳定性好,合成方法简单且合成原料廉价易得,是理想的MOFs膜材料之一,但关于Ni-LAB晶体及膜的应用研究的报道相对较少,目前局限于对其手性分离性能的研究。然而,根据Ni-LAB晶体的结构特性,除了手性分离之外,Ni-LAB还表现出对H2/CO2气体小分子以及甲醇/甲基叔丁基醚(CH3OH/MTBE)混合物的分离应用潜能,具有重要研究意义。本论文选择Ni-LAB为研究对象,从动力学角度出发,调节晶体生长速率,探究晶体的生长特性,并在多孔α-Al2O3管状载体上调控制备Ni-LAB膜,用于H2/CO2以及CH3OH/MTBE混合物的选择性分离,主要内容如下:(1)从晶体生长动力学角度出发,通过调节前驱体性质,调节晶体生长速率,制备Ni-LAB晶体,探究其生长特性。可溶性金属盐及去质子化试剂的添加能有效增大合成液过饱和度,提高晶体的生长速率,促进Ni-LAB晶体的形成。对制备所得晶体进行气体(H2、CO2、CH4和N2)及单组份蒸气(CH3OH和MTBE)吸附测试,Ni-LAB展现出H2分离纯化以及分离CH3OH/MTBE混合物的应用潜能。Ni-LAB晶体的生长特性以及吸附性能研究为Ni-LAB膜的调控制备和分离应用提供了实验及理论基础。(2)基于对Ni-LAB晶体的研究结果和方法优化,将“配体盐”法应用于Ni-LAB膜的制备。通过使用可溶性金属盐Ni(NO3)2·6H2O和有机配体盐L-天冬氨酸钾(KHL-asp)代替NiCO3和质子化形式的H2L-asp,增大合成液过饱和度,促进Ni-LAB晶体生长,实现了多孔α-Al2O3载体管上Ni-LAB膜的有效制备。当合成液浓度为0.0067 mol/L时,150℃晶化反应仅1 h或者70℃晶化反应4 h即可获得连续致密Ni-LAB膜,室温条件下,H2 的渗透速率分别达到 4.25×10-6 mol.m-2·s-1·Pa-1 和 1.51 X 10-6 mol·m-2·s-1·Pa-1,对H2/CO2的理想分离因子分别为5.31和5.21,具有潜在的分离应用价值。合成液的浓度对Ni-LAB膜的取向具有重要影响,低浓度和相对较高浓度合成液制备所得Ni-LAB膜分别表现为(200)和(101)&(002)择优取向。(3)采用去质子化试剂调控策略制备Ni-LAB膜,并使用聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)对膜进行后修饰,有效提高Ni-LAB膜对H2/CO2的分离选择性。采用二次生长法,通过优化去质子化试剂三乙胺(Triethylamine,TEA)的添加量和晶化温度,在多孔α-Al2O3载体管上制备了连续致密的Ni-LAB膜,H2的渗透速率达到3.56×10-6 mol·m-2·s-1·Pa-1,对H2/CO2的理想分离因子为7.91。采用PEG对Ni-LAB膜进行后修饰,不仅可以减小晶间缺陷,而且PEG与CO2的相互作用能够抑制CO2分子的扩散,进而提高膜对H2/CO2的选择性。经PEG修饰后,Ni-LAB膜的H2渗透速率降低至0.79×10-6 mol·m-2·s-1·Pa-1,对H2/CO2的理想分离因子增大至15.80,展现出Ni-LAB膜在H2分离纯化方面的应用潜能。(4)使用可溶性金属前驱体,调节晶体生长速率,通过二次生长法在α-Al2O3载体管上制备连续致密的Ni-LAB膜,应用于CH3OH/MTBE混合物的渗透蒸发(PV)分离。以反应前驱体摩尔比为1 Ni(NO3)2·6H2O:1 H2L-asp:0.5 bipy,混合溶剂体积比为10 CH3OH:1 H2O,合成液浓度为0.0100 mol/L,150℃晶化反应4 h制备所得Ni-LAB膜的质量最佳。50℃条件下,对于CH3OH含量分别为15 wt%和5 wt%的CH3OH/MTBE混合物,Ni-LAB膜的渗透通量分别为234.06g·m-2·h-1和187.25 g·m-2·h-1,分离系数分别为36.93和67.24,实现了对CH3OH/MTBE混合物的分离,拓宽了 Ni-LAB膜的应用范围,展现出Ni-LAB膜在液体分离应用领域的潜能。