MOFs/高分子复合膜材料制备及界面相容性研究

发布时间：2024-03-21 18:09

　　金属有机骨架(MOFs)具有比表面积大、稳定性好、孔道结构发达、易于调控等优点,在催化、分离、生物医药、传感等领域展现出诱人的应用潜能,已成为有机-无机杂化材料领域的研究热点之一。但MOFs通常为疏松的粉末或晶体颗粒,限制了其工程化操作和加工成型。本论文选择加工性能优异的高分子材料与稳定性较好的金属有机骨架(ZIF-8、HKUST-1和UiO-66)结合制备复合膜材料,在保留MOFs孔隙结构特点的同时具有良好的物理、热和机械稳定性,通过研究不同MOFs与高分子材料间的界面相容性,为MOFs/高分子复合材料制备和应用提供理论依据。考察了工艺方法、溶剂种类、MOFs负载量等条件对金属有机骨架/聚醚砜(PES)复合膜材料结构和性能的影响,获得制备复合膜材料的优化工艺。成功制备出3种质量较好的MOFs/PES复合膜材料,通过比较复合膜材料的形貌和孔隙率,发现基于DMF为溶剂的溶剂交换法,可制得ZIF-8负载量高于60 wt.%的致密、连续的复合膜层,且该复合材料拥有较好的气体吸附性能。采用分子动力学模拟(MD)计算研究了 3种MOFs/PES的界面结构,发现ZIF-8/PES复合膜材料具有较好...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2.1MOFs/高分子复合膜材料的合成方法示意图

西安科技大学全日制工程硕士学位论文14蒸发法：有盖培养皿置于90°C的烘箱中过夜，使溶剂充分蒸发，然后剥离得到复合膜材料。整个合成流程如图2.1所示。过程中所用MOFs的质量可通过以下公式进行计算：负载量(wt.%)=+×100式（2.1）图2.1MOFs/高分子复合膜材料的合成....

图2.2采用溶剂交换法和溶剂蒸发法制备的(a)纯PES；(b)ZIF-8/PES；(c)HKUST-1/PES；(d)UiO-66/PES复合膜材料的光学照片

2金属有机骨架/聚醚砜复合膜材料制备工艺优化15描速度5°/min，步长0.02；采用日本理学S4800型扫描电子显微镜来观察MOFs/PES复合膜材料的表面与截面形貌。氮气吸附试验使用美国麦克ASAP2020型自动体积吸附装置，测试是在液氮温度为77K下获取材料比表面积数据信息....

图2.3MOFs、PES和MOFs/PES复合膜材料的XRD图谱：(a)ZIF-8；(b)HKUST-1；(c)UiO-66

西安科技大学全日制工程硕士学位论文162.3.2溶剂交换法制备MOFs/PES复合膜材料以DMF作溶剂，采用溶剂交换法制备了3种MOFs/PES复合膜材料，并对它们进行了XRD分析（图2.3）。为了便于进行比较，将纯MOFs和纯PES的XRD图谱也绘制在图2.3中。结果发现，实验....

图2.4微米MOFs粉末和MOFs/PES复合膜材料表面和截面的SEM图：(a)ZIF-8；(b)HKUST-1；(c)UiO-66；(d)和(g)代表ZIF-8/PES；(e)和(h)代表HKUST-1/PES；(f)和(i)代表UiO-66/PES

2金属有机骨架/聚醚砜复合膜材料制备工艺优化17团的密度分别为0.04-3、0.02-3、0.03-3。因此，ZIF-8表面的游离基团最多，且与PES的氢键相互作用为中等强度。UiO-66与PES（O-HO）界面处的氢键虽然最强，但其表面OH基团的密度中等。从图2.4(d)(f)....

本文编号：3933948