金属有机骨架/聚酰胺薄层纳米复合膜的研究进展

相较于传统聚酰胺薄层复合（TFC）膜,金属有机骨架/聚酰胺薄层纳米复合（TFN）膜得益于MOFs材料的高比表面积、有序可控的孔隙结构、良好的聚合物相容性和可定制的化学功能,展现出更高的渗透选择性,在工业应用中显示出巨大的分子和离子分离潜力。本文首先简述了MOFs聚酰胺复合膜的研究背景,然后从MOFs材料的特性和MOFs聚酰胺复合膜的制备策略两个方面出发,总结了MOFs聚酰胺膜研究的最新进展。讨论了MOFs的物化特征在TFN膜的微观结构和分离性能中起的作用;介绍了MOFs聚酰胺复合膜的制备策略,重点对MOFs负载方法及效率进行了分析。最后简述了MOFs聚酰胺复合膜在气、液体系分离中的应用;对MOFs聚酰胺膜在应用过程中的稳定性问题进行了分析,并对未来MOFs聚酰胺复合膜优化MOFs负载和功能性设计的研究进行了展望。     

浅析金属-有机骨架膜在气体分离领域的应用

金属-有机骨架(MOFs)是一种有机-无机纳米多孔复合材料,具有良好的孔隙率和较为规则的晶体形貌。对MOFs有机配体的化学功能化作用,促进了其孔道结构、化学和物理性质的改变,更加适用于在气体膜分离等工业领域的应用。目前,很多文献相继报道了MOFs的合成和应用。但是,由于膜与载体的作用力不强、湿度灵敏度较低、稳定性较差等制膜条件限制,关于制备MOFs膜的文献报道相对较少。同时,在MOFs膜的制备过程中,纳米级缺陷的产生,也会对气体分离性能造成很大影响。在这里,我们总结了近几年MOFs膜用于气体分离的标准、存在问题和制备方法,并对这一领域未来的发展方向做了展望。     

类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)的研究进展

类沸石咪唑酯骨架化合物(zeolitic imidazolate frameworks,ZIFs)是一种新型的MOFs材料,ZIFs是将咪唑环上的N原子络合到二价过渡金属离子上而形成的一种具有沸石拓扑结构的多孔晶体材料,通过调变配体或配体间的相互作用就可以形成不同结构的ZIFs。ZIFs的合成方法包括溶剂热法、水热法、液相扩散法、胶体化学法、微波合成法和超声法等,本文综述了ZIFs材料的多种优异性能,介绍了近些年来ZIFs材料在选择性气体吸附/分离、催化反应、光学、磁性材料及其他方面的应用。最后对合成新型的ZIFs材料,并将该ZIFs材料应用在电子设备、能源利用以及环境保护等方面进行了展望。     

MOFs分离膜在水系分离中的应用

MOFs作为一类具有三维孔结构的新型框架材料,在催化、储能和分离领域均有广泛的应用前景,而MOFs的水稳定性一直是限制其扩大应用的壁垒。随着水稳定性MOFs材料不断涌现以及人们对MOFs水稳定性机理认识的加深,众多的学者开始关注MOFs分离膜在水体系下物质分离的应用研究。综述了围绕MOFs分离膜在水系环境下的分离应用研究展开,概述了MOFs水稳定性的影响因素,MOFs分离膜的制备及其在染料废水处理、脱盐、重金属离子去除和离子选择性分离等领域的应用研究,并对MOFs分离膜未来发展趋势进行了展望。     

沸石咪唑酯骨架材料合成及其在气体吸附分离领域的研究进展

气体分离在石油化工和化工生产中有非常重要的作用。沸石咪唑酯骨架（ZIFs）作为一种新型的多孔材料，具有大比表面积、高孔隙率、多样的结构组成和超高的热稳定及化学稳定性，成为该领域的研究热点。本文围绕ZIFs材料的合成展开，详尽地总结了现阶段ZIFs在气体吸附分离领域的应用，重点介绍ZIFs在工业CO₂捕获及分离、轻质烃分离、气相色谱分离、用于气体分离的ZIFs基膜、惰性气体分离和有毒气体分离等行业的研究进展。同时指出，ZIFs材料在气体吸附分离领域的应用仍需要进一步研究，如新型低成本配体的开发、探索更多的合成方法来调整晶体结构、提升ZIFs材料的吸附效率，才能使ZIFs从实验室走向工业化。     

UiO-66的制备、功能化及膜分离研究进展

UiO-66是一种具有优异物理化学稳定性的金属有机骨架（MOFs）材料,近年来引起了研究者们的强烈关注。本文详细介绍了UiO-66的结构,重点探讨了溶剂热法过程中的一系列影响因素,包括使用不同的金属前体,改变合成温度、溶剂、各组分配比以及模板剂等,制备各种性能的UiO-66。针对溶剂热法合成效率较低的问题,介绍了微波合成法、微流控、连续流和无溶剂法等其它UiO-66的制备方法。为了扩大UiO-66的应用范围,对其有机配体进行功能化改性或与其他材料复合改性,具体介绍了改性后UiO-66在气体吸附、水处理、催化、电化学和化学传感等方面的应用。最后综述了利用UiO-66具有多孔特性构建分离膜方面的研究进展,具体阐述了纯UiO-66膜和UiO-66复合膜在气体分离和水处理方面的应用。     

金属有机骨架混合基质水处理分离膜研究进展

金属有机骨架（MOFs）晶体由无机金属离子和有机配体通过自组装合成,具有高的孔隙率和可调节的窗口尺寸,可使MOFs混合基质膜在水处理时同步获得高通量和高截留率,有望突破传统分离膜的渗透性和选择性之间此消彼长的trade-off效应。本文综述了MOFs的典型构造、影响MOFs混合基质膜性能的关键因素、MOFs混合基质膜的制备方法、MOFs颗粒改善混合基质膜水传输和溶质分离性能的原理以及MOFs混合基质膜在水处理微滤/超滤、纳滤/反渗透和正渗透领域的最新研究进展。最后总结了MOFs混合基质膜在水处理领域的未来发展亟待解决的关键问题,主要包括高性能、低成本膜的可控制备、膜结构和性能之间定量构效关系的深入探索以及如何拓宽其应用范围等,对加快MOFs混合基质膜的产业化进程具有指导意义。     

MOFs分离膜在水系分离中的应用

MOFs作为一类具有三维孔结构的新型框架材料,在催化、储能和分离领域均有广泛的应用前景,而MOFs的水稳定性一直是限制其扩大应用的壁垒。随着水稳定性MOFs材料不断涌现以及人们对MOFs水稳定性机理认识的加深,众多的学者开始关注MOFs分离膜在水体系下物质分离的应用研究。综述了围绕MOFs分离膜在水系环境下的分离应用研究展开,概述了MOFs水稳定性的影响因素,MOFs分离膜的制备及其在染料废水处理、脱盐、重金属离子去除和离子选择性分离等领域的应用研究,并对MOFs分离膜未来发展趋势进行了展望。     

沸石咪唑酯骨架结构材料合成及性能研究进展

沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)是一类以咪唑或其衍生物为配体的特殊金属有机骨架结构材料(MOFs),因其结构多样性、高度的热学和化学稳定性及高效捕获和存储CO2等性能,近几年受到国内外研究者的广泛关注。本文对含咪唑基配体材料的合成和发展现状进行了综述;总结了这种材料在气体的存储和分离、磁性、催化等方面的性能,并对这种新型材料在设计、合成与应用中的广阔前景作了展望。     

聚乙烯醇复合膜及其在水处理中的应用研究进展

PVA具有良好的亲水性、耐污染性、热稳定性和化学稳定性等,已成为被广泛应用的亲水性膜材料之一,尤其是作为复合分离膜的活性分离层材料。对PVA复合膜的制备方法和各种PVA复合膜(超滤膜、纳滤膜、反渗透膜和渗透汽化膜)在水处理中的应用作了详细综述,以期为高性能PVA复合膜的制备及其在水处理中应用提供一定的理论指导。     

Tuning Gas-Diffusion through Dynameric Membranes: Toward Rubbery Organic Frameworks (ROFs)

Obtaining high permeability whilst keeping a reasonable selectivity is the most important challenge in the development of membrane systems for gas separation. Satisfactory performance is usually obtained with polymeric membranes through which gas transport is controlled by gas-diffusivity in glassy polymers and by gas-solubility in rubbery polymers. During the last decade, important advances in this field have been made possible by molecular control of gas separation properties. The combination or replacement of classical glassy polymers with metal-organic crystalline frameworks (crystalline MOFs), such as zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs) or other zeolites, provides reasonable permeability through the porous networks formed, and high selectivity, due to so-called ‘selectivity centers’, which interact specifically with the gas molecules. Despite impressive progress, difficulties in obtaining homogeneous, mechanically stable, thin layer MOFs on various supports have been encountered. Given the observed high permeabilities of rubbery polymers and their flexible casting properties, it should be very interesting to build rubbery organic frameworks (ROFs), as alternative materials for gas membrane separation systems. Here we use low macromolecular constituents and dialdehyde core connectors, in order to constitutionally generate ROFs. Distinct from rubbery polymeric membranes, the performance of the ROFs depends univocally on diffusional behaviors of gas molecules through the network. For all gases, a precise molecular composition of linear and star-type macromonomers generates an optimal free volume for a maximal diffusion through the matrix. These results should initiate new interdisciplinary discussions about highly competitive systems for gas separation, which are constitutionally controlled on a molecular scale.     

Material Advancements in Fabrication of Mixed‐Matrix Membranes

The mixed‐matrix membrane (MMM) is a new membrane material for gas separation and plays a vital role for the advancement of current membrane‐based separation technology. Blending between inorganic fillers like carbon molecular sieves, zeolite, metal oxides, silica and silica nanoparticles, carbon nanotubes, zeolitic imidazolate framework, metal organic framework, and glassy and rubbery polymers etc. is possible. Due to mechanical, thermal, and chemical stability, these membranes achieve high permeability and selectivity as compared to pure polymeric materials. Despite of these advantages, the MMM performances are still below industrial expectations because of membrane defects and related processing problems as well as the nonuniform dispersion of fillers in MMMs. Material selection for organic and inorganic phases, preparation techniques, material advancements, and performance of MMMs are discussed. Issues and challenges faced during MMM synthesis as well as problem solutions are highlighted.     

金属有机骨架材料储存CO_2的研究进展

随着温室效应日益严重,研发高效捕获CO_2的新型材料对于缓解环境压力具有重要意义。金属有机骨架材料具有高比表面积、结构多样性和孔道可调控性等优点,尤其在储存CO_2方面展现出惊人潜质。简要介绍金属有机骨架材料及其延伸化合物——沸石咪唑酯骨架材料和共价有机骨架材料作为新型储存CO_2材料,在结构、储存CO_2性能和机理等方面的研究进展,并阐述了该类材料在研究过程中存在的不足与发展前景。     

MOF复合材料在气体吸附分离中的研究进展

作为一种新型多孔材料,金属有机骨架（metal-organic framework, MOF）材料因其具有高孔隙率、大比表面积、孔尺寸高度可调、结构多样等优点,近年来在气体吸附与分离领域显示出广阔的应用前景。然而,在MOF材料的工业化进程中,仍存在稳定性差等问题需要解决。将MOF材料与其他功能材料进行复合,实现不同材料间的协同效应,在保证吸附分离性能的同时,显著提升MOF材料的结构稳定性。本综述概述了MOF基复合材料的构筑策略,与MOFs构筑复合材料的材料,包括碳基材料、离子液体、MOFs、分子筛等。分析了各种MOF复合材料在气体吸附与分离领域的应用进展,并对该研究方向进行了展望。     

Enhanced permeation performance of polyether-polyamide block copolymer membranes through incorporating ZIF-8 nanocrystals

Membrane-based CO2 separation is a promising alternative in terms of energy and environmental issues to other conventional techniques.Polyether-polyamide block copolymer (Pebax) membranes are promising for CO2 separation because of their excellent selectivity,but limited by their moderate gas permeability.In this study,fresh-prepared zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) nanocrystals were integrated into the Pebax(R)1657 matrices to form mixed matrix membranes.The resulting membrane exhibits significantly improved CO2 permeability (as high as 300％ increase),without the sacrifice of the selectivity,to the pristine polymer membrane.Several physical characterization techniques were employed to confirm the good interfacial interaction between ZIF-8 fillers and Pebax matrices.The effect of added ZIF-8 fillers on the transport mechanism through MMMs is also explored.Mixed-gas permeation for both CO2/N2 and CO2/CH4 was also evaluated.The separation performance for CO2/CH4 mixtures on the ZIF-8/Pebax MMMs is very close to the Roberson upper bound,and thus is technologically attractive for purification of natural gas.     

Compositions and Structures of Zeolitic Imidazolate Frameworks

Zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs), which are composed of point metal centres and imidazolate linkers, can adopt numerous three-dimensional structures. Their unique structures and porosity properties make ZIFs promising materials especially for gas separation applications. Recently their unusual phase transition properties are getting research attention rapidly. Indeed, all the properties of ZIFs are dependent on their structures. Although some empirical rules are known for discovering new ZIFs, still scientific intuition and trials are necessary to find proper reaction conditions. Also, practical information should be extracted from the accumulate achievements and in turn, applied to further exploration. In this regard, this article analyses the structures, compositions, and porosity of known ZIFs, where the relationship between imidazolates and topologies is described in detail.     

凹凸棒石复合分离膜的研究进展

凹凸棒石（ATP）是一种廉价易得的天然粘土矿物，具有比表面积大、阳离子交换容量高、表面官能团丰富等特点，通过不同的方法改性，可以与各种基膜结合形成复合膜。综述了ATP复合分离膜的不同制备方法，比较了其优缺点；总结了ATP添加量对复合膜拉伸强度、杨氏模量、断裂伸长率等力学性能的影响，进而介绍了ATP复合分离膜在CO2分离、重金属分离、染料分离、油水分离等方面的应用，并分析了其分离机理。最后展望了ATP复合分离膜的面临挑战和研究方向。     

纳米纤维亲和膜应用研究进展

系统论述了国内外有关纳米纤维亲和膜的最新研究进展,主要介绍了亲和膜的分离过程、组件形式及其在气体净化、水体中重金属离子脱除、水体中有机小分子脱除、蛋白质的分离提纯及传感器方面的应用,并对其今后的研究发展做出了展望。