基于金属有机骨架混合基质膜的制备并应用于CO2捕集文献综述
2020-06-09 22:37:39
文 献 综 述
1.前言
化石燃料的燃烧和其他的人类经济社会活动,导致大量温室气体(主要是CO2)排放,造成了严重的环境问题。如何有效控制和减少CO2排放,减缓”温室效应”对环境的沉重压力,实现经济可持续发展和环境保护的”双赢”,已成为全世界面临的严峻问题[1]。作为这些常规工业方法的替代品,膜分离技术在过去几年中已经引起了极大的关注,因为它提供了低成本和能量需求的一种简单连续过程[2]。聚合物材料是使用最广泛的膜分离材料,许多种类的聚合物都可用于CO2分离,如聚酰胺,聚酰亚胺,聚碳酸酯,聚硅氧烷,聚环氧乙烷等。然而,这些聚合物膜通常受到渗透性和选择性之间的权衡相互制约[3,4],显著的限制了分离性能。通过调整膜材料的腔体尺寸和对客体分子的化学亲和力,学者们已经付出了诸多努力开发下一代膜,以进一步改善其渗透性和选择性[5]。
2. 金属-有机骨架材料
2.1金属-有机骨架简介
金属-有机骨架(Metal-Organic Frameworks,简称MOFs)是一种新型的多孔材料,因其具有高孔性、比表面积大、合成方便、骨架规模大小可变以及可根据目标要求作化学修饰、结构丰富等优点,现已在气体吸附、催化、光电材料等领域受到人们的广泛关注[6]。尤其是可调孔径,大表面积和特定吸附亲和力的独特性质,MOFs可以开发成用于分子分离的潜在膜材料[7]。相关研究表明,纯MOFs膜具有优异的气体分离性能[8,9]。然而,纯MOFs膜经常难以满足工业规模层次上的应用。膜中的缺陷,如裂纹和晶间间隙可能导致气体的非选择性渗透。另一个挑战是,大面积制造用于工业规模气体分离过程的纯MOFs膜比较困难[1]。
2.2 MOFs的合成方法
MOFs材料多采用一步法合成,通过金属盐、有机配体和溶剂的选择在中低温下合成所需要的MOFs。主要的合成方法有溶剂热法、液相扩散法、微波法、超声法、机械搅拌法等方法。
2.2.1 扩散法
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