Co基ZIF膜的设计制备及其渗透性能研究
发布时间：2023-07-24 20:13
金属有机骨架(MOFs)是良好的成膜材料之一,而沸石咪唑类骨架(ZIFs)作为MOFs材料的重要分支,因其合适的孔尺寸和良好的稳定性,成为理想的膜材料。其中,以Co为金属中心的Co-ZIF系列膜因其具有氧化还原活性的Co中心,不仅可以用于分离小分子气体混合物,还可以用作膜催化反应器。由于Co-ZIFs成核速度过快以及日前合成方法的局限性,制备高性能的Co-ZIF系列管式分离膜一直面临很大困难和挑战。本论文基于Co-ZIFs材料自身的特点,分别采用不同源氧化物诱导的溶剂热生长法和蒸气凝胶转化法,在多孔氧化铝管式载体上制备了Co-ZIF系列膜(ZIF-67、ZIF-9以及二维Co2(bim)4纳米片膜),并分别对其渗透分离性能进行了研究。主要研究内容如下:(1)针对ZIF-67在溶液体相中成核过快而难以在载体上成膜的问题,采用不同源、氧化锌诱导法制备了连续致密的ZIF-67膜。与传统合成方法对比发现,原位生长法和同源钴化合物诱导法均无法得到致密的ZIF-67膜层,而在载体表面通过引入高活性的ZnO纳米棒作为ZIF-67成核生长点和连接点,可制备得到致密的ZIF-67膜。这种由ZnO纳米棒连...
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 金属有机骨架材料的发展概况
1.2 金属有机骨架膜制备的研究进展
1.2.1 原位生长法
1.2.2 晶种法
1.2.3 载体表面化学修饰法
1.2.4 同源金属诱导法
1.2.5 其他合成方法
1.3 MOF膜在分离中的应用
1.3.1 MOF膜在气体分离中的应用
1.3.2 MOF膜在渗透蒸发中的应用
1.3.3 MOF膜在纳滤和海水淡化中的应用
1.4 MOF膜性能调控方法
1.4.1 提升MOF膜渗透通量的方法
1.4.2 提升MOF膜选择性的方法
1.5 Co-ZIFs及其膜的制备及应用
1.5.1 Co-ZIFs的制备及应用
1.5.2 Co-ZIF膜的制备及应用
1.6 论文主要研究思路
2 实验部分
2.1 实验原料及仪器设备
2.2 载体预处理以及膜的制备
2.3 材料的表征
2.3.1 X射线衍射(XRD)
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线光谱仪(EDX)
2.3.3 傅立叶红外光谱(FT-IR)
2.3.4 氮气吸附-脱附试验
2.3.5 接触角测试
2.3.6 原子力显微镜(AFM)
2.4 膜渗透分离性能测试
2.4.1 气体渗透性能测试
2.4.2 渗透蒸发分离性能测试
3 ZnO诱导制备ZIF-67膜及其应用于渗透蒸发分离甲醇/甲基叔丁基醚混合物
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 原位法制备ZIF-67膜
3.2.2 APTES修饰载体制备ZIF-67膜
3.2.3 碱式碳酸钴纳米线修饰载体制备ZIF-67膜
3.2.4 在多孔载体上制备ZnO纳米棒
3.2.5 ZnO诱导制备ZIF-67膜
3.2.6 ZIF-67膜的渗透性能测试
3.3 结果与讨论
3.3.1 原位法合成ZIF-67膜
3.3.2 APTES修饰载体制备ZIF-67膜
3.3.3 碱式碳酸钴纳米线修饰载体制备ZIF-67膜
3.3.4 多孔载体上引入ZnO纳米棒
3.3.5 ZnO诱导制备ZIF-67膜
3.3.6 ZIF-67膜的气体渗透性能
3.3.7 ZIF-67膜的渗透蒸发性能
3.4 本章小结
4 ZnO诱导制备不同源MOF膜及其通用性研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 在多孔载体上制备ZnO纳米棒
4.2.2 原位法制备ZIF-9膜
4.2.3 ZnO诱导制备ZIF-9膜
4.2.4 ZnO诱导制备其他金属MOF膜
4.2.5 气体渗透性能测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 原位法制备ZIF-9膜
4.3.2 ZnO诱导制备ZIF-9膜
4.3.3 ZnO诱导制备ZIF-9膜气体渗透性能
4.3.4 ZnO诱导制备Co-ZIF膜的机理探讨
4.3.5 ZnO诱导制备其他金属MOF膜
4.4 本章小结
5 蒸气凝胶转化法制备取向二维Co基ZIF纳米片式膜
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 二维Co-ZIF纳米片的制备
5.2.2 在多孔管式载体上引入Co凝胶以及Co3O4纳米粒子
5.2.3 溶剂热法制备Co-ZIF纳米片式膜
5.2.4 蒸气凝胶转化法制备Co-ZIF纳米片式膜
5.3 结果与讨论
5.3.1 二维Co-ZIF纳米片的制备
5.3.2 溶剂热法制备Co-ZIF纳米片式膜
5.3.3 蒸气凝胶转化法制备Co-ZIF纳米片式膜的表征
5.3.4 Co-ZIF纳米片式膜厚度的调控
5.3.5 蒸气凝胶转化制备Co-ZIF纳米片式膜的形成机制
5.3.6 Co-ZIF纳米片式膜的气体渗透性能
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
作者简介
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
本文编号：3836437
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 金属有机骨架材料的发展概况
1.2 金属有机骨架膜制备的研究进展
1.2.1 原位生长法
1.2.2 晶种法
1.2.3 载体表面化学修饰法
1.2.4 同源金属诱导法
1.2.5 其他合成方法
1.3 MOF膜在分离中的应用
1.3.1 MOF膜在气体分离中的应用
1.3.2 MOF膜在渗透蒸发中的应用
1.3.3 MOF膜在纳滤和海水淡化中的应用
1.4 MOF膜性能调控方法
1.4.1 提升MOF膜渗透通量的方法
1.4.2 提升MOF膜选择性的方法
1.5 Co-ZIFs及其膜的制备及应用
1.5.1 Co-ZIFs的制备及应用
1.5.2 Co-ZIF膜的制备及应用
1.6 论文主要研究思路
2 实验部分
2.1 实验原料及仪器设备
2.2 载体预处理以及膜的制备
2.3 材料的表征
2.3.1 X射线衍射(XRD)
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线光谱仪(EDX)
2.3.3 傅立叶红外光谱(FT-IR)
2.3.4 氮气吸附-脱附试验
2.3.5 接触角测试
2.3.6 原子力显微镜(AFM)
2.4 膜渗透分离性能测试
2.4.1 气体渗透性能测试
2.4.2 渗透蒸发分离性能测试
3 ZnO诱导制备ZIF-67膜及其应用于渗透蒸发分离甲醇/甲基叔丁基醚混合物
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 原位法制备ZIF-67膜
3.2.2 APTES修饰载体制备ZIF-67膜
3.2.3 碱式碳酸钴纳米线修饰载体制备ZIF-67膜
3.2.4 在多孔载体上制备ZnO纳米棒
3.2.5 ZnO诱导制备ZIF-67膜
3.2.6 ZIF-67膜的渗透性能测试
3.3 结果与讨论
3.3.1 原位法合成ZIF-67膜
3.3.2 APTES修饰载体制备ZIF-67膜
3.3.3 碱式碳酸钴纳米线修饰载体制备ZIF-67膜
3.3.4 多孔载体上引入ZnO纳米棒
3.3.5 ZnO诱导制备ZIF-67膜
3.3.6 ZIF-67膜的气体渗透性能
3.3.7 ZIF-67膜的渗透蒸发性能
3.4 本章小结
4 ZnO诱导制备不同源MOF膜及其通用性研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 在多孔载体上制备ZnO纳米棒
4.2.2 原位法制备ZIF-9膜
4.2.3 ZnO诱导制备ZIF-9膜
4.2.4 ZnO诱导制备其他金属MOF膜
4.2.5 气体渗透性能测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 原位法制备ZIF-9膜
4.3.2 ZnO诱导制备ZIF-9膜
4.3.3 ZnO诱导制备ZIF-9膜气体渗透性能
4.3.4 ZnO诱导制备Co-ZIF膜的机理探讨
4.3.5 ZnO诱导制备其他金属MOF膜
4.4 本章小结
5 蒸气凝胶转化法制备取向二维Co基ZIF纳米片式膜
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 二维Co-ZIF纳米片的制备
5.2.2 在多孔管式载体上引入Co凝胶以及Co3O4纳米粒子
5.2.3 溶剂热法制备Co-ZIF纳米片式膜
5.2.4 蒸气凝胶转化法制备Co-ZIF纳米片式膜
5.3 结果与讨论
5.3.1 二维Co-ZIF纳米片的制备
5.3.2 溶剂热法制备Co-ZIF纳米片式膜
5.3.3 蒸气凝胶转化法制备Co-ZIF纳米片式膜的表征
5.3.4 Co-ZIF纳米片式膜厚度的调控
5.3.5 蒸气凝胶转化制备Co-ZIF纳米片式膜的形成机制
5.3.6 Co-ZIF纳米片式膜的气体渗透性能
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
作者简介
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
本文编号：3836437
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3836437.html
教材专著
