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明尼苏达大学全气相处理法制备沸石咪唑酯骨架分离膜
材料人编辑部学术组翻译 木文韬 / 时间:2018-09-12 13:49:59

  据材料人微信公众平台2018年9月7日讯 通过使用基于膜的分离可以节省大量的能源和资本成本。在已经探索过的膜材料中,沸石咪唑酯骨架(ZIFs),特别是ZIF-8和ZIF-67,对于加工重要的工业混合物(如丙烯/丙烷)具有很好的性能,这被认为是目前使用的蒸馏分离方法难以有效分离的。ZIF-8膜已经在外表面上或多孔陶瓷或聚合物载体内制造成连续薄膜,其中基于溶液的方法难以按比例放大。用完全无溶剂处理工艺代替所有溶剂热法工艺,具有环保、成本低、规模扩大化等优点,已成功应用于沸石膜的种子生长。最近,一种全气相沉积技术被报道用于在微电子应用的硅片上制备金属-有机骨架薄膜(MOF)。它基于通过原子层沉积(ALD)与氧化物沉积的结合,再通过2-甲基咪唑(mIm)配体-蒸汽处理法将ALD沉积的氧化物转化为ZIF。然而,该方法的仅有部分已经适用于膜制备,而全蒸汽膜合成方法尚待证明。
  如今,在美国明尼苏达大学迈克尔·塔帕塔西斯(Michael Tsapatsis)教授(通讯编辑)团队带领下,基于ZnO在多孔载体中的原子层沉积(ALD)然后配体-蒸气处理的全气相处理方法证明了ZIF纳米复合膜的制造。与以往所有通过逐渐填充载体孔或在其表面上形成沉积物来形成薄的选择性MOF分子筛层的方法不同,当前方法首先用非渗透沉积物阻塞孔隙,然后通过LIPS将其转换为选择性MOF。在ALD之后,所获得的纳米复合材料表现出低通量和不具有选择性,而在配体-蒸气(2-甲基咪唑)处理之后,它部分转化为ZIF并且表现出稳定的性能,丙烯具有比丙烷高的混合物分离因子和高丙烯通量。通过配体诱导的非选择性和不可渗透沉积物的渗透分离的膜合成,显示出简单且高度可再现性,具有可扩展性的前景。相关成果以题为“Zeolitic imidazolate framework membranes made by ligand-induced permselectivation”发表在Science上。


明尼苏达大学全气相处理法制备沸石咪唑酯骨架分离膜

图1.LIPS制造的膜的渗透性能表征

明尼苏达大学全气相处理法制备沸石咪唑酯骨架分离膜

图2.通过LIPS制成的膜的微观结构表征

明尼苏达大学全气相处理法制备沸石咪唑酯骨架分离膜

图3.通过水洗除去部分沉积物之前和之后LIPS膜的衍射分析


  文献链接:Zeolitic imidazolate framework membranes made by ligand-induced permselectivation(Science,2018,DOI:10.1126/science.aat4123)

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