Cu-BTC-乙基纤维素混合基质膜的快速制备及气体分离性能
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2016年第35卷第12期·3970·
化工进展
Cu-BTC/乙基纤维素混合基质膜的快速制备及气体分离性能
李皓，杜乃旭，杨凯，代岩，贺高红
（大连理工大学精细化工国家重点实验室，膜科学与技术研究开发中心，辽宁大连 116023）摘要：金属有机骨架Cu-BTC广泛用于气体分离混合基质膜的制备。为了避免混合基质膜传统制备方法周期较长的缺点，本实验将Cu-BTC前体分别与乙基纤维素（EC）溶液混合后进行反应，实现了Cu-BTC在EC溶液中的快速合成。并利用这一特性制备了Cu-BTC/EC膜。利用扫描电子显微镜、X射线晶体衍射、红外吸收光谱对产品表征，确定了Cu-BTC在膜中的分布情况。实验发现EC浓度的提高对Cu-BTC前体的反应有明显的促进作用。
通过Cu-BTC/EC膜的热性能和力学性能测试，发现Cu-BTC和EC的界面强度随Cu-BTC含量的提高先增加后降低。在Cu-BTC质量分数为26%时，膜的CO2渗透系数为112.3barrer，相对于纯EC膜（66.3barrer）提高了69%，且CO2/CH4和CO2/N2选择性几乎没有下降。最后考察了测试压力对气体渗透系数的影响，结果表明Cu-BTC/EC膜相对于纯EC膜具有更好的耐CO2溶胀能力。
关键词：膜；二氧化碳捕集；复合材料；金属有机骨架；气体分离
中图分类号：TQ 028.8文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）12–3970–06
DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.033
Facile fabrication and gas separation properties of Cu-BTC/ethyl cellulose
mixed matrix membranes
LI Hao，DU Naixu，YANG Kai，DAI Yan，HE Gaohong
（State Key Laboratory of Fine Chemicals，R&D Center of Membrane Science and Technology，Dalian University of
Technology，Dalian 116023，Liaoning，China）
Abstract：Cu-BTC，a metal-organic framework，is widely used as dispersion filler of mixed matrix membranes（MMMs）for gas separation. To accelerate the fabrication of mixed matrix membranes，the precursors of Cu-BTC were individually mixed with ethanol solution of ethyl cellulose (EC) at first and then reacted，achieving the rapid synthesis of Cu-BTC in EC. Cu-BTC/EC MMMs were fabricated accordingly，and characterized via SEM，XRD，and FTIR. The effect of EC concentration on the yield of Cu-BTC was studied，and it showed that EC had promoted the synthesis of Cu-BTC. Thermal，mechanical and gas permeation properties of the Cu-BTC/EC membranes were investigated. The CO2 permeability of MMM with 26wt% Cu-BTC was 112.3 barrer，69% more than that of pure EC，while the CO2/CH4 and CO2/N2 selectivities were almost unchanged. Moreover，the Cu-BTC/EC membranes showed higher resistance to CO2-induced swelling than pure EC membrane.
Key words：membranes；carbon dioxide capture；composites；metal-organic framework；gas separation
气体膜分离技术是最近二十年来发展迅速的新型分离技术，具有能耗低、分离效率高、过程简单、流程易于放大等优点[1]。气体分离膜按材料主要分为聚合物膜和无机膜。聚合物材料加工性能好、成本低，目前商业化的气体分离膜均为聚合物膜。而收稿日期：2016-03-29；修改稿日期：2016-05-27。
基金项目：国家重大科研仪器研制项目（21527812）、国家自然科学基金（21236006）及教育部长江学者奖励计划项目。
第一作者：李皓（1986—），男，博士研究生，主要研究方向为气体膜分离。 联系人：贺高红，教授，博士生导师，主要研究方向为膜科学与技术、生物医学工程。E-mail hgaohong@https://www.360docs.net/doc/2910702504.html,。
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