ZIF-8改性自具微孔聚合物膜的制备及其对CO₂的分离性能

摘要

为了提高自具微孔聚合物（PIMs）膜对CO₂的分离效果，对PIM-1膜进行功能化改性。首先，将PIM-1膜通过水解、置换等作用引入Zn²⁺离子，再将改性后的PIM-1膜浸泡在2-甲基咪唑的甲醇溶液中，于室温下在膜表面生长类沸石咪唑酯框架-8（ZIF-8）选择层，经过硅橡胶填补后得到无缺陷ZIF-8改性PIM-1膜（pZIF-8@PIM-1），并对其性能和结构进行测试和表征。结果表明：在离子改性后的PIM-1膜表面成功生长了厚度约0.8μm的ZIF-8选择层，晶体尺寸大小均匀，粒径直径在200 nm左右；与PIM-1纯膜相比，由于多价金属离子交联及ZIF-8选择层的存在，pZIF-8@PIM-1的CO₂扩散系数明显下降，CO₂/N₂扩散选择性有所上升，由0.89提升到1.01;ZIF-8中含氮有机杂环与CO₂之间的Lewis酸碱作用及2-甲基咪唑环上静电势对CO₂的亲和作用，使得pZIF-8@PIM-1的CO₂溶解度系数上升，且CO₂/N₂溶解选择性也得到提升，由18.56提升到20.31；改性后的PIM-1膜CO₂/N₂扩散选择性及CO₂/N₂溶解度选择性的双重提升共同促进了CO₂/N₂分离系数的提升，由原膜的16.57增加到20.43，具有良好的CO₂分离性能。

关键词

气体分离膜 / 自具微孔聚合物 / 类沸石咪唑酯框架-8（ZIF-8） / CO₂分离