金属有机骨架膜和分子筛膜的制备及性质研究

论文摘要

膜科学技术显著的特点是节能,高效,环保,兼容性强,适合于现代工业对节能,原材料再利用和消除环境污染的需要,成为实现经济可持续发展战略的重要组成部分。无机微孔膜材料主要为沸石分子筛、分子筛炭基材料和近年来发展起来的金属有机骨架化合物（MOFs）材料。金属有机骨架材料（MOFs）作为一种新颖的有机无机杂化结晶材料,具有多样性的孔道结构和可调节的孔道尺寸以及孔道可以被设计或修饰的特点,引起了人们强烈的研究兴趣。金属有机骨架材料已经在分离、催化,光电磁和气体存储等方面有了广泛的应用。本论文从合成入手,在金属铜片上成功地制备了大面积连续的Cu3（BTC）2金属有机骨架膜,该膜具有高度的连续性和结晶度,并且,具有非常薄的厚度～1微米。并考察了不同合成条件对膜形貌的影响。我们将成功制备的Cu3（BTC）2金属有机骨架膜制作成湿敏元件,测试出了很好的湿敏性质。Cu3（BTC）2金属有机骨架膜湿敏元件在不同的湿度环境,电容值会发生很大的变化,表现出很高的灵敏度；电容值和相对湿度之间有非常好的线性关系,同时,又具备快速的响应时间和很好的重复性和稳定性。为金属有机骨架膜在传感器方面的应用奠定了基础。以单晶硅片为载体,采用溶剂热二次生长法,制备了连续的金属有机骨架MIL-68（In）膜,通过控制母液的组成和晶化时间研究膜的不同形貌。此外,详细地讨论了控制膜形貌的不同影响因素。简单讨论了晶体取向形成变化以及基于扫描电镜和粉末X射线衍射的表征提出了可能的生长机理。最后,将具有择优取向的金属有机骨架膜组装了染料分子罗丹明6G并对其进行荧光光谱的表征。以一种新的载体-不锈钢孔片作为载体,通过预涂晶种二次水热生长的方法,制备了LTA型分子筛膜,简单讨论了载体预处理对晶种预涂以及成膜的影响,并且把制备好的LTA型分子筛膜进行了气体分离性质测试,结果显示制备的LTA型分子筛膜是连续而致密的,对氮气和氧气的分离有较好的分离性质。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 晶态微孔材料简介及研究进展
• 1.1.1 晶态微孔材料简介
• 1.1.2 微孔分子筛的结构和应用研究进展
• 1.1.3 金属有机骨架材料简介及研究进展
• 1.2 微孔膜材料概述
• 1.2.1 微孔膜的分类和结构
• 1.2.2 分子筛膜和金属有机骨架膜的研究发展
• 1.3 分子筛膜与金属有机骨架膜的合成
• 1.3.1 微孔分子筛膜的合成
• 1.3.2 金属有机骨架膜的合成
• 1.4 分子筛膜与金属有机骨架膜的应用
• 1.4.1 在传感器方面的应用
• 1.4.2 在小分子分离方面的应用
• 1.4.3 作为膜催化反应器的应用
• 1.5 本课题选题的目的、意义和主要结果
• 1.5.1 本课题选题的目的和意义
• 1.5.2 本课题主要结果
• 参考文献
• 3（BTC）₂金属有机骨架膜的制备及性质的表征'>第2章 Cu₃（BTC）₂金属有机骨架膜的制备及性质的表征
• 2.1 引言
• 2.1.1 湿敏性质的简介
• 2.1.2 金属有机骨架材料在湿敏方面的潜在应用
• 3（BTC）₂的简介'>2.1.3 金属有机骨架材料Cu₃（BTC）₂的简介
• 3（BTC）₂金属有机骨架膜'>2.2 原位法制备Cu₃（BTC）₂金属有机骨架膜
• 2.2.1 实验部分
• 2.2.2 实验结果与讨论
• 3（BTC）₂金属有机骨架膜的湿敏性能表征'>2.3 Cu₃（BTC）₂金属有机骨架膜的湿敏性能表征
• 2.3.1 湿敏元件的制作
• 2.3.2 配制饱和盐溶液
• 2.3.3 湿敏元件的测试仪器
• 2.3.4 湿敏元件的感湿特性
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第3章 金属有机骨架MIL-68（In）的形貌研究及取向合成
• 3.1 引言
• 3.2 金属有机骨架MIL-68（In）的形貌研究
• 3.2.1 实验部分
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.3 金属有机骨架MIL-68（In）的取向合成及染料组装性质
• 3.3.1 实验部分
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第4章 LTA型分子筛膜的制备及分离性质
• 4.1 引言
• 4.1.1 LTA型分子筛的结构
• 4.1.2 LTA型分子筛膜的研究现状
• 4.2 不锈钢多孔片上LTA型分子筛膜的制备
• 4.2.1 实验部分
• 4.2.2 结果与讨论
• 4.3 LTA型分子筛膜的气体分离性质
• 4.3.1 分离性能的表征
• 4.3.2 实验部分
• 4.3.3 结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间已发表与待发表文章
• 中文摘要
• Abstract