《表1 常温常压下，PIM-1-COOH/ZIF-8的1:1混合气体的分离性能》

  提示：宽带有限、当前游客访问压缩模式

本系列图表出处文件名：随高清版一同展现

《聚合物支撑的金属有机骨架膜的制备及其气体分离性能》

1. 获取 高清版本忘记账户？点击这里登录

1. 下载图表忘记账户？点击这里登录

为了研究实验所得的MOF膜的分离性能，我们分别测试了PIM-1-COOH/ZIF-8膜和PIM-1-COOH/HKUST-1膜对H2、CO2、N2和CH4四种单组分气体的渗透性能以及体积比1:1 H2/CO2、H2/N2、H2/CH4混合气体的渗透分离选择性。图6a，b分别为PIM-1-COOH/ZIF-8膜和PIM-1-COOH/HKUST-1膜对不同单组份气体的渗透性与其动力学直径的关系。H2，CO2，N2和CH4四种气体的动力学直径分别为0.29，0.33，0.36，0.38nm。由图6a可知，常温常压下，四种气体透过PIM-1-COOH/ZIF-8膜的通量大小顺序为H2>CO2>CH4>N2。H2的通量为3.73×10-6 mol·m-2·s-1·Pa-1，CO2，N2和CH4的通量分别为4.85×10-7，3.83×10-7，4.17×10-7 mol·m-2·s-1·Pa-1。H2的通量明显大于CO2、N2和CH4，这可以归因于H2的动力学直径较小，较其他气体更容易通过膜材料。其他气体的渗透基本符合尺寸筛分效应，CH4与N2的动力学直径较大，所以渗透通量要低于动力学直径较小的CO2，也从侧面说明了PIM-1-COOH/ZIF-8膜的致密性良好，没有明显的缺陷，尺寸筛分效应在气体渗透分离中占主导作用。膜材料的理想分离系数由两种气体的渗透通量比而求得，而混合双组分气体的分离系数由两种气体在渗透端和残留端的摩尔分数之比求得。通过计算，PIM-1-COOH/ZIF-8膜的H2/CO2理想分离系数为7.70，1:1 H2/CO2混合气体的分离系数为7.32（表1），均高于努森扩散系数（H2/CO2:4.7），并且超过了目前很多由ZIF-8合成的膜，例如，Jeong等人33在α-氧化铝基底上生长的ZIF-8膜（H2/CO2:3.89），Lai等人34通过晶种生长的方法在氧化铝基底上制备的ZIF-8膜（H2/CO2:2.57）以及Banerjee等人35在多孔聚砜基底上制备的ZIF-8@PSF复合膜（H2/CO2:3.8）等等。同时，H2/N2和H2/CH4的理想分离系数分别为9.7和8.9，也高于相应的努森扩散系数（H2/N2:3.7；H2/CH:2.8），并且超过了我们组之前所报道29的PMMA-PMAA/HKUST-1膜（H2/N2:5.08；H2/CH4:7.93），Qiu等人22利用双铜源制备的Cu3（BTC）2膜（H2/N2:4.60；H2/CH4:7.8）等，由此可知，所制备的PIM-1-COOH/ZIF-8膜具有优异的气体渗透分离性能，通过尺寸筛分可以实现H2对CO2、N2和CH4的分离，达到氢气纯化和分离的目的。