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摘要：有机-无机杂化膜结合了传统有机膜与无机膜的优良性能，已成为膜领域的研究热点之一。杂化膜具有优良的气体渗透选择性，在气体吸附、催化和存储等方面有很大的潜在利用价值。本文将沸石咪唑酯骨架材料（ZIF-7）与聚醚砜（PES）进行复合，采用溶液共混的方法成功制备了ZIF-7/PES有机无机杂化膜，分别考察了ZIF-7晶体的添加量、聚醚砜溶液浓度、烘膜温度等因素对杂化膜性能和结构的影响。采用XRD、TGA等手段对杂化膜进行了表征，结果表明，不同晶体添加量以及不同浓度、不同温度下所得到的杂化膜在形貌和各项性能上都有所不同。随着晶体添加量的增加，杂化膜的热稳定性能逐渐变差，其他性能也发生变化。晶体添加量为10%时，在60℃下烘12小时所得杂化膜表面平整，且综合性能良好。
关键词：有机-无机杂化膜，ZIF-7，聚醚砜，共混法
目 录
1 前言 1
1.1 MOFs概述 1
1.2 有机-无机杂化膜概述 3
1.2.1 杂化膜的分类 5
1.2.2 杂化膜的制备及应用 5
1.3 本课题的研究目的和内容 7
2 实验部分 9
2.1 实验用原料 9
2.2 实验仪器及设备 9
2.3 样品的制备 10
2.3.1 ZIF-7晶体的合成 10
2.3.2 有机-无机杂化膜的制备 10
2.4 样品的表征 11
2.4.1 X射线衍射 12
2.4.2 热失重 13
2.4.3 拉伸实验 14
3 结果与讨论 16
3.1 ZIF-7晶体添加量对杂化膜的影响 16
3.1.1 晶体添加量对杂化膜力学性能的影响 17
3.1.2 晶体添加量对杂化膜结构的影响 18
3.1.3 晶体添加量对杂化膜热稳定性的影响 20
3.2 PES浓度对杂化膜的影响 22
3.2.1 PES浓度对杂化膜力学性能的影响 23
3.2.2 PES浓度对杂化膜结构的影响 23
3.2.3 PES浓度对杂化膜热稳定性的影响 24
3.3 温度对杂化膜的影响 26
3.3.1 温度对杂化膜力学性能的影响 27
3.2.2 温度对杂化膜热稳定性的影响 27
4 结论 30
参考文献 31
致谢 33
本课题的研究目的和内容
膜分离作为一种新型的分离纯化技术，凭借节能、环保、高效及便于自动化控制等诸多优点，在分离领域引起了巨大的变革。聚合物膜由于成本低、热稳定性好、经济可加工和有效利用率高而被广泛的应用于气体分离。但是聚合物膜在气体流量和分离性方面存在限制，解决此问题的方法是在聚合物里混入无机多孔材料或者ZIFs制备复合膜。制备复合膜常常在聚合物基质里混入多孔材料，通过他们之间的结合力，使他们表现出更好的物理、热和机械特性。当今天然气的提纯，在甲烷中分离二氧化碳是重要的研究项目。复合膜就是能够克服聚合物膜在气体分离方面罗宾逊上线限制的一种重要的备选材料。根据罗宾逊上线限制，膜有更好的流量通常选择性差，反之亦然[5]。
有机膜材料得到了广泛和深入的研究，但由于存在着不耐高温、易软化等缺陷，在较高的操作温度下常常表现为较高的融化粘度、或者不耐氧化、或者对常用溶剂缺乏足够的稳定性；而无机膜质脆不易加工，表面基团单一。有机无机杂化膜分离材料，兼有有机膜高气体分离性能和无机膜耐高温等优点，同时又避免了无机膜易脆不易加工和有机膜不耐温不耐腐蚀等缺陷，给人们展示了非常有希望的前景，是膜材料发展趋向之一。
本课题的目的是将金属有机骨架材料ZIF-7与聚醚砜进行复合，然后制备得到表面平整、结构致密、无明显缺陷且力学性能优良的ZIF-7/PES有机无机杂化膜，从而将聚合物膜的低成本和高机械性能与无机膜的高渗透率和高热稳定性集于一体，得到综合性能优异的有机-无机杂化膜，然后探究不同条件对杂化膜各项性能的影响规律。
