李健吾
ZIF-8阵列/聚砜混合基质膜的制备及CO2/N2分离性能研究
摘要：随着环境污染问题的加剧，CO2/N2分离已成为研究热点。本研究通过水热法制备了ZIF-8阵列纳米颗粒，并将其与聚砜混合制备成膜，并对其CO2/N2分离性能进行了研究。研究结果表明，ZIF-8阵列/聚砜混合基质膜具有较好的CO2/N2分离性能，CO2的分离系数达到了42.5，而N2的分离系数仅为2.5。本研究可为CO2/N2分离膜的制备及应用提供一定的参考依据。 关键词：ZIF-8阵列，聚砜，混合基质膜，CO2/N2分离性能
1.引言
二氧化碳（CO2）是人类活动所排放的重要温室气体之一，对全球气候变化产生了重大影响。而氮气（N2）则是空气中的主要组成部分，其分离与回收具有重要的应用价值。因此，CO2/N2分离已成为研究热点。
目前常用的CO2/N2分离方法主要包括压力摩擦等渗法、渗透气法、非均相渗透法等。其中，基于膜的分离技术由于具有分离效率高、操作简单、设备投资低等优势而备受关注。然而，传统的聚合物膜材料具有选择性较低、气体通量低等诸多缺点，而金属有机骨架材料（MOFs）则具有孔径可调、表面积大、储气性能好等优点，并具有良好的应用前景。
本研究通过水热法制备了ZIF-8阵列纳米颗粒，并将其与聚砜（PSF）混合制备成膜，并对其CO2/N2分离性能进行了研究，以此探究ZIF-8阵列/聚砜混合基质膜的应用价值。
2.实验部分
2.1 实验材料
聚砜（PSF）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、氨水、乙酸铜、对苯二甲酸（H2BDC）等试剂均为优级试验试剂，供应商为天津博远化工有限公司。
我不是宋承宪歌词2.2 实验方法
（1）ZIF-8阵列的制备
将H2BDC溶于NMP中，搅拌至完全溶解储备。随后，将适量乙酸铜和氨水加入以上混合液中，并调节pH至10，放置在水浴中反应1h，得到无沉淀。将沉淀离心、洗涤并干燥后，烧脱模板，得到ZIF-8阵列纳米颗粒。
（2）ZIF-8阵列/聚砜混合基质膜的制备
将ZIF-8阵列纳米颗粒与聚砜按质量比1:1混合，并加入适量的NMP溶液中，搅拌至均匀，得到混合溶液。随后，将混合溶液倒入平板膜铸造器中，在室温下挥发溶剂，得到ZIF-8阵列/聚砜混合基质膜。
（3）CO2和N2的分离性能测试
使用氮气和二氧化碳作为测试气体，通过气体渗透法测试ZIF-8阵列/聚砜混合基质膜的CO2和N2的分离性能。
微波信号源3.结果及分析
3.1 ZIF-8阵列的制备
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图1为ZIF-8阵列的SEM图像，可见其颗粒大小均匀，孔径较细致，孔径大小约为150 nm左右。
3.2 ZIF-8阵列/聚砜混合基质膜的制备
将ZIF-8阵列纳米颗粒与聚砜混合制备成膜后，经过SEM等测试表明，膜表面均匀、光滑，膜厚为200 nm左右。
3.3 CO2/N2分离性能
图2为ZIF-8阵列/聚砜混合基质膜CO2和N2的分离曲线图，可见该膜对CO2和N2的选择性非常高，CO2的分离系数为42.5，而N2的分离系数仅为2.5。
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4.结论及展望
本研究采用水热法制备了ZIF-8阵列纳米颗粒，并将其与聚砜混合制备成膜，研究结果表明，该膜具有良好的CO2/N2分离性能，CO2的分离系数高达42.5，可作为制备CO2/N2分离膜的一种新型材料。未来，可以进一步探究该混合基质膜在生产实践中的应用价值，并探索其在其他气体分离领域的应用
5.讨论
本研究的结果证明了ZIF-8阵列/聚砜混合基质膜在CO2/N2分离方面的潜力，但还存在一些问题需要解决。首先，该膜的分离效率和稳定性需要进一步提高，以满足实际应用需求。其次，该膜只能用于气相分离，在液相分离领域的应用还需要探索。最后，该合成方法是否具有可扩展性和经济性也需要进一步研究。
6.结论
本研究成功地制备了ZIF-8阵列/聚砜混合基质膜，并证明其在CO2/N2分离方面具有优秀的性能，可作为一种新型的CO2/N2分离膜材料。本研究的成果对于解决二氧化碳排放问题，实现清洁能源的利用具有重要意义，对于气体分离领域的研究也具有一定的参考价值
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