ZIF--8-PDMS滲透汽化膜的制備與應(yīng)用.pdf

1、生物丁醇作為一種可再生能源，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。目前采用生物發(fā)酵法生產(chǎn)生物丁醇得到的是它的低濃度水溶液，如何將丁醇高效分離提純是生物丁醇產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用必須解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。滲透汽化是分離液體混合物的一種綠色、高效的膜分離技術(shù)，它十分適合丁醇/水體系的分離過(guò)程。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程，核心就是滲透汽化膜的制備與應(yīng)用。與傳統(tǒng)單純的有機(jī)膜、無(wú)機(jī)膜相比，混合基質(zhì)膜兼有二者的優(yōu)勢(shì)因而被廣泛關(guān)注和研究。本課題采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)為有機(jī)膜材料，它

2、具有疏水性好，成膜性能優(yōu)異的特點(diǎn)。同時(shí)鑒于新型MOF材料ZIF-8比表面積大、表面疏水性強(qiáng)，對(duì)丁醇/水體系具有很好的吸附選擇性，本課題將ZIF-8填充到PDMS中制備PDMS/ZIF-8混合基質(zhì)膜，實(shí)現(xiàn)兩種材料的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)進(jìn)一步提升PDMS膜的滲透汽化性能。
　　首先，采用氨水法成功合成了晶體結(jié)構(gòu)正確ZIF-8晶體，F(xiàn)TIR、XRD及BET表征分別反映了ZIF-8正確的分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和孔道特征。之后采用物理共混的方法制備了一系列

3、填充量的混合基質(zhì)膜，膜的疏水性能有一定提升，填充量為9wt％時(shí)，接觸角由純膜的108.18°提升至114.36°。滲透汽化性能測(cè)試采用55℃、1.5wt％的正丁醇水溶液作為原料，填充量為1wt％時(shí)取得最佳性能，得到最高分離因子為51.60，此時(shí)通量為808.85g/m2h。
　　但是，ZIF-8顆粒在填充量相對(duì)較大時(shí)很容易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致膜分離性能?chē)?yán)重下降。為解決此問(wèn)題本課題考慮對(duì)ZIF-8的粒徑進(jìn)行調(diào)控，以緩解團(tuán)聚帶來(lái)的消極影響。

4、通過(guò)引入輔助配體1-甲基咪唑，確定了反應(yīng)液最佳配比為鋅∶2-甲基咪唑∶1-甲基咪唑∶甲醇=1∶4∶2∶1000，制得的最大粒徑ZIF-8為1.21μm。將該大粒徑ZIF-8填充制膜后，通量明顯提升，同時(shí)對(duì)團(tuán)聚現(xiàn)象有一定緩解作用，填充量為3wt％時(shí)得到最佳分離性能，此時(shí)通量為1009.90g/m2h，分離因子為44.21。
　　最后，本課題進(jìn)一步對(duì)ZIF-8晶體了進(jìn)行疏水改性修飾，采用聚多巴胺對(duì)ZIF-8顆粒進(jìn)行包裹后，利用其結(jié)構(gòu)中

5、鄰苯二酚的羥基接枝硅烷偶聯(lián)劑，在ZIF-8表面引入非極性烷鏈從而實(shí)現(xiàn)疏水改性的目的。ZIF-8晶體經(jīng)改性后，XRD表征說(shuō)明未對(duì)晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，同時(shí)FTIR譜圖中出現(xiàn)了烷基吸收峰，因而成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)ZIF-8晶體的硅烷疏水改性。將改性后的ZIF-8填充制膜并測(cè)試性能，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)辛基三甲氧基硅烷改性的大粒徑ZIF-8/PDMS膜，在填充量為1wt％時(shí)取得了最佳的分離性能，此時(shí)通量為993.86g/m2h，分離因子為56.21，與純膜相比通量