混合基质膜的结构调控及性能研究文献综述

 2022-12-31 14:10:37

开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)

一、课题背景

金属有机骨架(MOFs)是一类由无机金属离子和有机配体通过自组装过程形成的具有周期性网络拓扑结构的多孔晶体。

MOFs 材料是一种具有三维孔道结构的无机minus;有机配位晶体化合物。一般以金属离子或离子簇为 MOFs 的连接点,通过有机配体以规则几何形状的形式连接起来。MOFs 材料因其高度可调控的拓扑结构(即孔的形状和尺寸)和可修饰的化学功能化而备受关注,其在非均相催化、气体分离、药物传输和液体分离等领域得到广泛应用。

类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)是一种新型的 MOFs材料,结构类似于沸石,具有较好的热稳定性和化学稳定性.ZIF-8是ZIFs中较有代表性的一种,由锌离子与2-甲基咪唑配位形成SOD拓扑结构类沸石咪唑酯骨架结构材料。ZIF-67是硝酸钴和2-甲基咪唑配位形成的一种金属有机骨架配合物, 是以Co(II)作为金属中心,周围连有四个2-甲基咪唑构成的方钠石型拓扑结构,具有氧化催化性能。

  1. 要解决的问题

本项目拟选用具有比表面积大、孔径可调等优点的有机金属骨架材料MOFs等作为无机填料,通过对聚合物基膜的成膜方法,MOFs的结构优化、两相的结合方式以及负载量等参数的优化,有效解决界面相容性问题,实现对混合基质膜的微结构调控,提高膜的分离性能。

  1. 可行性分析

有机-无机杂化膜兼具有机材料和无机材料的优势,是实现膜材料高性能化和多功能化的有效途径。其中,混合基质膜(MMMs)是由无机或无机-有机的微米或纳米微粒(离散或分散相、添加剂或填料)和有机高分子基膜相结合制成的杂化膜。MOFs有机 -无机杂化膜作为一类新型的杂化膜材料,主要是由 MOFs材料和有机高分子膜材料复合而成,可以有效地规避以上两种传统膜材料的缺点,兼具良好的化学稳定性和抗污染性能。因此,研究MOFs基混合基质膜具有重要意义。

  1. 研究方法和内容

影响 MOFs 混合基质膜性能和结构关键因素主要有:

1.分散性。MOFs 颗粒在聚合物中的分散性会影响到界面缺陷和混合基质膜的性能。在相分离、界面聚合或溶剂蒸发过程中,高负载量可能会引起 MOFs 颗粒在聚合物中团聚,进而形成膜缺陷,造成膜的性能损失。因此,保持 MOFs 颗粒在聚合物基质中的均匀分散是制备高性能 MOFs 混合基质膜的关键。

2.亲/疏水性。由于大多数疏水性 MOFs 颗粒会对 MOFs 混合基质膜的渗透性和抗污染性产生不利影响,选择亲水性 MOFs 颗粒或提高 MOFs 颗粒的亲水性对于增强 MOFs 混合基质膜的水处理性能至关重要。查阅文献中发现,研究人员采用聚苯乙烯磺酸钠作为改性剂来改善 ZIF-8 的亲水性。由于高亲水多孔 ZIF 的引入和相对疏松聚酰胺层的协同作用,制得纳滤膜的水渗透性显著提高。

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