Cu-BTC/乙基纤维素混合基质膜的快速制备及气体分离性能
发布时间：2020-12-14 00:58
金属有机骨架Cu-BTC广泛用于气体分离混合基质膜的制备。为了避免混合基质膜传统制备方法周期较长的缺点,本实验将Cu-BTC前体分别与乙基纤维素（EC）溶液混合后进行反应,实现了Cu-BTC在EC溶液中的快速合成。并利用这一特性制备了Cu-BTC/EC膜。利用扫描电子显微镜、X射线晶体衍射、红外吸收光谱对产品表征,确定了Cu-BTC在膜中的分布情况。实验发现EC浓度的提高对Cu-BTC前体的反应有明显的促进作用。通过Cu-BTC/EC膜的热性能和力学性能测试,发现Cu-BTC和EC的界面强度随Cu-BTC含量的提高先增加后降低。在Cu-BTC质量分数为26%时,膜的CO2渗透系数为112.3barrer,相对于纯EC膜（66.3barrer）提高了69%,且CO2/CH4和CO2/N2选择性几乎没有下降。最后考察了测试压力对气体渗透系数的影响,结果表明Cu-BTC/EC膜相对于纯EC膜具有更好的耐CO2溶胀能力。
【文章来源】：化工进展. 2016年12期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
EC和Cu-BTC的化学结构示意图
%）以及硝酸铜/EC质量比（0.3～1.0）对Cu-BTC产率的影响，并且与不含EC（0）的空白实验对比，其结果汇总于图4。由图4可知，在不存在EC时，Cu-BTC产率在32%～49%范围内。反应体系中EC的加入明显地提高了Cu-BTC前体的转化率，以硝酸铜/EC质量比0.7为例，随EC质量分数从0提高到12%，Cu-BTC产率从37%升高到65%。此外，在低硝酸铜/EC质量比下，Cu-BTC产率的提高幅度更明显。EC对于Cu-BTC的合成具有促进作用，是因为Cu-BTC前体在高分子溶液中的扩散速率被降低了，从而导致更低的反应速率。而对于金属有机骨架的合成，低图2Cu-BTC/EC膜的表面SEM
第12期李皓等：Cu-BTC/乙基纤维素混合基质膜的快速制备及气体分离性能·3973·图3膜及颗粒的XRD图a—EC；b—CE_0.7；c—CE_0.7经DMF溶解后离心收集到的颗粒；d—Cu-BTC模拟XRD图谱反应速率通常会导致更高的转化率以及更规整的晶型。此外，EC丰富的羟基和醚键与Cu2+的强相互作用也使得Cu-BTC晶体的成核中心更分散，反应效率更高。实验表明，EC质量分数为12%时，硝酸铜的转化率最高，然而此时溶液的黏度非常高，不适于下一步的制膜过程。因此，本研究选择10%的EC浓度进行Cu-BTC/EC膜的制备。在该浓度下，通过调节Cu-BTC前体与EC的质量比，得到不同Cu-BTC质量分数（表2）的Cu-BTC/EC膜。图5展示了EC膜以及Cu-BTC/EC膜（CE_0.7）图4EC质量分数（0、8%、10%、12%）和硝酸铜/EC质量比（0.3、0.5、0.7、1.0）对Cu-BTC产率的影响表2Cu-BTC膜的Cu-BTC质量分数和玻璃化温度Tg膜Cu-BTC质量分数/%Tg/℃EC0128CE_0.314133CE_0.521135CE_0.726131CE_1.032130图5EC和CE_0.7膜、Cu-BTC、Cu(NO3)23H2O及H3BTC颗粒的FTIR图谱的FTIR图谱，Cu-BTC颗粒以及两种前体硝酸铜和H3BTC的红外图谱也放入其中对比。从Cu-BTC/EC膜的红外图谱中可以看出明显的Cu-BTC的特征峰（1455cm–1和1383cm–1，COO–对称伸缩振动；759cm–1和731cm–1，苯环面外弯曲振动）。根据CE_0.7的Cu-BTC产率（60%）得知膜中残留的硝酸铜和H3BTC质量分数分别为8%和4%，其吸收峰强度较低。此外，部分前体残留在Cu-BTC孔里而非暴露在膜表面，因此，在膜的FTIR图谱中只能观察到明显的Cu-BTC特征峰。2.3MMM的力学性能和热性能混合基质膜中无机颗粒与聚合物基体的界面强度（或界面相容性）对膜的气体分离性能有重
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔材料表面修饰聚酰亚胺非对称混合基质膜对CO2/N2和CO2/CH4的气体分离[J]. 龚金华,王臣辉,卞子君,阳立,胡军,刘洪来. 物理化学学报. 2015(10)
[2]金属-有机骨架材料在气体膜分离中的研究进展[J]. 侯丹丹,刘大欢,阳庆元,仲崇立. 化工进展. 2015(08)
[3]Cu3（BTC）2提高聚二甲基硅氧烷/聚醚酰亚胺复合膜气体分离性能成因的研究[J]. 王茜,刘丽英,丁忠伟,马润宇. 北京化工大学学报(自然科学版). 2014(01)
本文编号：2915504
【文章来源】：化工进展. 2016年12期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
EC和Cu-BTC的化学结构示意图
%）以及硝酸铜/EC质量比（0.3～1.0）对Cu-BTC产率的影响，并且与不含EC（0）的空白实验对比，其结果汇总于图4。由图4可知，在不存在EC时，Cu-BTC产率在32%～49%范围内。反应体系中EC的加入明显地提高了Cu-BTC前体的转化率，以硝酸铜/EC质量比0.7为例，随EC质量分数从0提高到12%，Cu-BTC产率从37%升高到65%。此外，在低硝酸铜/EC质量比下，Cu-BTC产率的提高幅度更明显。EC对于Cu-BTC的合成具有促进作用，是因为Cu-BTC前体在高分子溶液中的扩散速率被降低了，从而导致更低的反应速率。而对于金属有机骨架的合成，低图2Cu-BTC/EC膜的表面SEM
第12期李皓等：Cu-BTC/乙基纤维素混合基质膜的快速制备及气体分离性能·3973·图3膜及颗粒的XRD图a—EC；b—CE_0.7；c—CE_0.7经DMF溶解后离心收集到的颗粒；d—Cu-BTC模拟XRD图谱反应速率通常会导致更高的转化率以及更规整的晶型。此外，EC丰富的羟基和醚键与Cu2+的强相互作用也使得Cu-BTC晶体的成核中心更分散，反应效率更高。实验表明，EC质量分数为12%时，硝酸铜的转化率最高，然而此时溶液的黏度非常高，不适于下一步的制膜过程。因此，本研究选择10%的EC浓度进行Cu-BTC/EC膜的制备。在该浓度下，通过调节Cu-BTC前体与EC的质量比，得到不同Cu-BTC质量分数（表2）的Cu-BTC/EC膜。图5展示了EC膜以及Cu-BTC/EC膜（CE_0.7）图4EC质量分数（0、8%、10%、12%）和硝酸铜/EC质量比（0.3、0.5、0.7、1.0）对Cu-BTC产率的影响表2Cu-BTC膜的Cu-BTC质量分数和玻璃化温度Tg膜Cu-BTC质量分数/%Tg/℃EC0128CE_0.314133CE_0.521135CE_0.726131CE_1.032130图5EC和CE_0.7膜、Cu-BTC、Cu(NO3)23H2O及H3BTC颗粒的FTIR图谱的FTIR图谱，Cu-BTC颗粒以及两种前体硝酸铜和H3BTC的红外图谱也放入其中对比。从Cu-BTC/EC膜的红外图谱中可以看出明显的Cu-BTC的特征峰（1455cm–1和1383cm–1，COO–对称伸缩振动；759cm–1和731cm–1，苯环面外弯曲振动）。根据CE_0.7的Cu-BTC产率（60%）得知膜中残留的硝酸铜和H3BTC质量分数分别为8%和4%，其吸收峰强度较低。此外，部分前体残留在Cu-BTC孔里而非暴露在膜表面，因此，在膜的FTIR图谱中只能观察到明显的Cu-BTC特征峰。2.3MMM的力学性能和热性能混合基质膜中无机颗粒与聚合物基体的界面强度（或界面相容性）对膜的气体分离性能有重
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔材料表面修饰聚酰亚胺非对称混合基质膜对CO2/N2和CO2/CH4的气体分离[J]. 龚金华,王臣辉,卞子君,阳立,胡军,刘洪来. 物理化学学报. 2015(10)
[2]金属-有机骨架材料在气体膜分离中的研究进展[J]. 侯丹丹,刘大欢,阳庆元,仲崇立. 化工进展. 2015(08)
[3]Cu3（BTC）2提高聚二甲基硅氧烷/聚醚酰亚胺复合膜气体分离性能成因的研究[J]. 王茜,刘丽英,丁忠伟,马润宇. 北京化工大学学报(自然科学版). 2014(01)
本文编号：2915504
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