ZIF-8合成海藻酸鈉沸石咪唑框架-8聚合物膜及其在光氣分離中的應(yīng)用

    評(píng)價(jià)了用海藻酸鈉聚合物制備的納米復(fù)合膜（NCMs）嵌入合成的沸石咪唑框架-8)作為具有微孔結(jié)構(gòu)的填料在甲烷重整過程中產(chǎn)生的氣態(tài)混合物分離中的潛力。ZIF-8晶體是通過水熱合成形成的，尺寸從50到70nm不等。NCMs采用15%的填充加載，即合成ZIF-8。在環(huán)境溫度和4kg/cm2壓力下，具有28BarrerH2滲透性和H2/CH4選擇性的125的分離性能優(yōu)于純聚合物膜。H2的純度在測(cè)定值中提高到高達(dá)95%。然而，NCMs在分離氣體混合物的能力方面并沒有優(yōu)于一個(gè)整潔的聚合物膜。此外，ZIF-8作為海藻酸鈉的組合是新的，以前沒有報(bào)道。因此，它是值得研究的。
 
    與二氧化碳和甲烷一樣，碳質(zhì)氣體改造被認(rèn)為是對(duì)抗全球變暖的一個(gè)很有前途的策略。重整過程的結(jié)果有利于化學(xué)品和能源的生產(chǎn)。由于二氧化碳和甲烷的化學(xué)穩(wěn)定性，很難將所有的原料氣體轉(zhuǎn)化為可用的產(chǎn)品。對(duì)催化劑設(shè)計(jì)、工程重整反應(yīng)和裝置開發(fā)進(jìn)行了研究，以優(yōu)化特定重整反應(yīng)。在大多數(shù)商業(yè)上可行的重整反應(yīng)中，只有一小部分的二氧化碳和甲烷氣體參與了這些反應(yīng)；剩余的氣體不發(fā)生反應(yīng)，而是與產(chǎn)物結(jié)合。如果你打算以后使用，有必要從未反應(yīng)的二氧化碳和甲烷中分離重整酸氣體。
    由于其低能耗和直接的設(shè)計(jì)，膜基氣體分離被認(rèn)為是傳統(tǒng)氣體凈化方法的有效替代品，如低溫蒸餾、吸收和吸附。這些特性也有助于與已經(jīng)使用的反應(yīng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單雜交。由于擴(kuò)散率和溶解度的差異，膜分離分離不同滲透率的氣體混合物。認(rèn)為二氧化碳和甲烷的重整反應(yīng)可以產(chǎn)生氫氣、乙烯、丙烷、乙炔和苯?；谀さ倪^程被用來分離這些反應(yīng)物。
    聚合物已被證明是當(dāng)今氣體分離中*常用的膜成分。除了處理天然氣、回收氫氣和回收蒸汽外，基于聚合物的膜分離系統(tǒng)已經(jīng)將商業(yè)化。膨脹和聚合物分?jǐn)?shù)自由體積（FFV），這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值和無量綱量的描述自由體積的原因，另一方面，顯著降低聚合物膜的性能分離和凈化技術(shù)涉及大量的可凝氣體原料氣或笨重的氣體分子通過膜。由于這種氣體混合物由于二氧化碳和甲烷重組而含有大量的可縮凝氣體，聚合物膜難以分離，需要對(duì)下一代膜材料進(jìn)行研究。
    為了解決聚合物膜的缺點(diǎn)，研究人員研究了由沸石、碳分子篩（CMS）和金屬氧化物框架（MOFs）基膜制成的微孔膜。然而，這種膜材料的大規(guī)模生產(chǎn)是一個(gè)難題。混合基質(zhì)膜，與聚合物膜（MMMs）可以毫無困難地放大，提供特殊的分離音樂會(huì)，并具有長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。微孔填料如多孔碳、碳納米管、沸石和MOFs與聚合物結(jié)合生成MMMs。MOFs作為NCMs和MMMs的填料，由于其可調(diào)的孔隙結(jié)構(gòu)和可適應(yīng)的輪廓，因此受到了廣泛的關(guān)注。對(duì)所得到的NCMs進(jìn)行了CO2/N2、H2/CO2、CO2/C3H8和H2/CH4分離等氣體分離方法的研究。利用MOFs的一個(gè)亞家族ZIF-8，將聚酰亞胺與ZIF-8混合。合成的NCMs的氣體滲透性和選擇性超過了整齊的聚酰亞胺膜。它們甚至在**ZIF-8負(fù)載（>50%w/w）下表現(xiàn)出分子篩選特征。為了制造NCMs，它作為添加劑，與聚醚嵌段酰胺、PIM-1和聚酰亞胺混合。含胺功能化UiO-66的NCMs具有較高的結(jié)晶度和二氧化碳親和力。采用共聚酰亞胺/ZIF-8NCMs技術(shù)，研究了CO2/CH4和丙烯/丙烷分離法的。
    基于單個(gè)氣體通過膜的滲透，利用MOFs和NCMs對(duì)納米材料基膜進(jìn)行了大量的研究。這些研究大多集中在二氧化碳的分離上。碳質(zhì)氣體通常包括二氧化碳和甲烷等三種以上氣體，海藻酸鈉被證明是一種優(yōu)良的成膜天然聚合物，具有成膜性、柔韌性和與納米顆粒良好的相容性等優(yōu)點(diǎn)。選擇ZIF-8作為納米復(fù)合膜填料的主要優(yōu)點(diǎn)是其分子篩分效果、易于合成根和與聚合物基體的相容性好。ZIF-8納米顆粒作為填料和海藻酸鈉作為堿性聚合物基質(zhì)的體系尚未在其他地方見報(bào)道。因此，研究海藻酸鈉對(duì)ZIF-8的NCMs是很有趣的，因?yàn)樗茄芯抗鈿怏w分離性能的新方法。研究使用多分子氣體源如何分離是很重要的，因此，創(chuàng)建了由MOFs組成的NCMs，并研究了含有甲烷、Ar和H2的氣體的氣體分離能力。本研究采用具有氣體滲透性的海藻酸鈉，基于這些結(jié)果，計(jì)算了氣體選擇性與ZIF-8作為堿性聚合物基體，主要用于NCMs研究。
    
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