绿色化ZIF-8膜的制备及其气体分离性能的研究文献综述

 2023-05-23 10:05

文献综述

文 献 综 述摘要:沸石咪唑酯骨架(zeolite imidazole frameworks, ZIFs)具有结构规整、孔径可调变、热稳定性和化学稳定性高等特征,在膜分离领域具有较大的应用潜力。

ZIF-8膜可以对尺寸极为相近的烯烃和烷烃进行有效筛分,是目前烯烃/烷烃分离膜领域的研究焦点,本文以探究绿色化制备ZIF-8膜的合成工艺为核心,确定出成熟的绿色化制备方法,并测定ZIF-8膜的合成膜的各体系的气体分离性能。

关键词:ZIF-8膜;膜分离;绿色化制备;气体分离第一章 引言随着我国经济水平的飞速发展,我国居民消费结构的不断升级,对烷烃/烯烃的各类深加工产品的需求将不断增长,随之带来了工业生产上的分离问题。

由于烯烃/烷烃沸点、酸碱性等物理化学性质非常接近的特点,工业上分离难度较大,而目前烷烃/烯烃(如乙烯/乙烷、丙烯/丙烷等)分离工艺,工业生产基本采用低温精馏法进行分离操作,尽管该方法操作稳定、气体产品纯度较高,但是低温精馏要求设备投资巨大、运行能耗高,是石油化工中最耗能的过程之一[1]。

气体膜分离技术作为一种潜在的、可替代传统低温精馏的分离技术,具有环境友好、分离体积小、能耗低、操作简单等优势,近年来得到迅速的发展,并受到越来越多的重视[2]。

膜分离技术应用的关键和前提是制备出具有优异分离性能的膜分离材料,目前在工业生产中聚合物膜因其生产成本低和易于加工得到的特性最先在工业化领域得到应用,然而聚合物膜的化学稳定性差,应用过程中塑化、老化效应严重,导致分离性能下降,制约了聚合物膜在气体分离中的实际应用。

21世纪以来,传统商用有机聚合物气体分离膜材料越来越无法满足发展迅速工业需求,许多分离性能优异的膜材料不断被开出来,其中最具有代表的材料是金属有机框架(MOF)材料,其中类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)是MOFs中的明星材料,结构类似于沸石,具有较好的热稳定性和化学稳定性[3]。

ZIF-8是ZIFs中较为代表性的一种,由锌离子与2-甲基咪唑配位形成,SOD拓扑结构,六元孔窗直径为0.34 nm。

研究表明基于动力学筛分,ZIF-8膜材料是目前报道性能最好的丙烯/丙烷分离膜材料,由于其分离性能高和稳定性好等诸多优点使其已经进入商业应用前景区,目前实验室报道的ZIF-8膜材料的分离性能已满足工业应用要求,但存在生产原料利用率低,生产成本高,合成步骤繁琐、成膜时间较长的问题[4]。

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