cu-zn-zif-x混合基質(zhì)膜的制備及性能研究

cu-zn-zif-x混合基質(zhì)膜的制備及性能研究

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，煤炭、石油、天然氣等燃料的燃燒產(chǎn)生了co。為了進一步提高膜的選擇性，本研究選擇Zn1實驗部分1.1材料表面六水合硝酸鋅[Zn(NO1.2zif-8-甲醇研磨ZIF-8制備：將六水合硝酸鋅和2-甲基咪唑分別溶解在甲醇中，混合后在室溫下，攪拌12h得到白色沉淀。用甲醇洗滌，干燥研磨后得到ZIF-8粉末。Cu-Zn-ZIF制備：合成方法參考文獻1.3peba/cu-zn-zif混合基質(zhì)膜的制備稱取PEBA2533于三口燒瓶中，將不同添加量的Cu-Zn-ZIF溶于10ml正丁醇，將其加入三口燒瓶中，在80℃油浴鍋里攪拌6h后，靜置脫泡15分鐘。將鑄膜液倒入聚四氟乙烯板，在干燥箱中放置36h，即制得PEBA/Cu-Zn-ZIF-X混合基質(zhì)膜。其中X代表Cu-Zn-ZIF的添加量相比于聚合物的質(zhì)量百分比。用同樣方法制備PEBA/ZIF-8混合基質(zhì)膜。1.4比表面積測定使用場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM，S-4800型）觀察納米粒子形貌，同時在SEM模式下對所選區(qū)域進行能譜分析（EDS）；使用比表面積測定儀（BET，ASAP2020型）對納米粒子進行氮氣的吸脫附實驗，分析粒子的孔結(jié)構(gòu)；使用傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR，Nicolet6700型）和X-射線衍射儀（XRD，D8型）對納米粒子和膜樣品進行結(jié)構(gòu)分析；通過比重瓶法測定膜樣品的密度，膜的密度由公式（1）計算。式中，ρ混合基質(zhì)膜的自由體積大小由式（2）計算。式中，F(xiàn)FV為膜的自由體積，體積分數(shù)%；1.5氣體滲透系數(shù)p、barrer催化氧化能力測試采用時間延遲法對PEBA/Cu-Zn-ZIF混合基質(zhì)膜進行滲透性能測試，測試溫度為25℃，跨膜壓差控制為0.1MPa。氣體滲透系數(shù)P由公式（3）計算。式中，P為氣體的滲透系數(shù)，Barrer[1Barrer=7.5×10氣體的理想選擇性由公式（4）計算。式中，A和B分別代表CO2結(jié)果與討論2.1銅元素及鋅元素的分布圖1（a）為Cu-Zn-ZIF納米粒子SEM圖及所選區(qū)域的EDS圖。由SEM圖可見，Cu-Zn-ZIF具有與ZIF-8相同的方鈉石拓撲結(jié)構(gòu)，粒徑大小均一。由所選區(qū)域的EDS圖可見，在Cu-Zn-ZIF中銅元素和鋅元素分布均勻。證明銅元素被引入到ZIF-8晶體中。由圖1（b）可見，Cu-Zn-ZIF和ZIF-8的XRD譜圖中二者衍射峰一致，說明Cu表1為Cu-Zn-ZIF和ZIF-8的比表面積、孔徑、孔體積。由表可知，Cu-Zn-ZIF與ZIF-8的比表面積和孔體積相差不大，但是Cu-Zn-ZIF的孔徑（1.73nm）要比ZIF-8的孔徑（1.94nm）明顯小很多，這是因為Cu2.2peba/cu-zn-zif混合基質(zhì)膜的表征圖2為PEBA純膜和PEBA/Cu-Zn-ZIF混合基質(zhì)膜的斷面掃描電鏡圖。由圖2（a-f）可見，當(dāng)Cu-Zn-ZIF納米粒子加入后，膜樣品斷面變得粗糙。在低添加量下，粒子能夠均勻的分散在聚合物基質(zhì)中。當(dāng)添加量達到20%（wt，質(zhì)量分數(shù)，下同）時，粒子出現(xiàn)嚴重地團聚現(xiàn)象，團聚后的粒子具有更大的尺寸，在膜中形成了非選擇性空隙，從而導(dǎo)致CO圖3為PEBA純膜和PEBA/Cu-Zn-ZIF混合基質(zhì)膜的FT-IR譜圖。由圖可見，純膜和混合基質(zhì)膜都出現(xiàn)了3298cm圖4為PEBA純膜和PEBA/Cu-Zn-ZIF混合基質(zhì)膜的XRD譜圖。由圖可見，PEBA純膜在2θ=20°出現(xiàn)一個較寬衍射峰，這是PEBA2533的特征衍射峰，根據(jù)布拉格定律（d=λ/(2sinθ)）可計算出PEBA2533的鏈間距為4.27?，與文獻報道的數(shù)值相近圖5是隨著Cu-Zn-ZIF添加量增加PEBA/Cu-Zn-ZIF混合基質(zhì)膜的密度與自由體積變化趨勢圖。由圖可見，隨著添加量增加，混合基質(zhì)膜的密度不斷減小，自由體積不斷增加。這是Cu-Zn-ZIF使聚合物分子鏈堆積變得更加松散，膜內(nèi)界面空隙變大，有利于提升混合基質(zhì)膜的氣體滲透性能2.3peba和cu-zn-zif混合基質(zhì)膜coPEBA/Cu-Zn-ZIF和PEBA/ZIF-8混合基質(zhì)膜的CO2.4peba和cu-zn-zif混合基質(zhì)膜coPEBA純膜及混合基質(zhì)膜的Robeson上限圖見圖7。由圖可見，膜的CO3peba/cu