《表3 cPIM-1/ZIF-8混合基质膜的扩散系数和溶解系数》

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《用于CO_2/CH_4分离的cPIM-1/ZIF-8混合基质膜的制备》

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图9为在25℃和0.1MPa下，cPIM-1/ZIF-8混合基质膜的CO2、CH4气体渗透系数和CO2/CH4选择性随ZIF-8添加量增加的变化趋势图。从图9（a）可以看出，随着ZIF-8添加量的增加，cPIM-1/ZIF-8MMMs的CO2渗透系数呈现明显上升趋势，而CH4渗透系数则缓慢增加。这表明ZIF-8纳米粒子的加入能够明显的提高膜的CO2渗透性能。为了更好地对这一现象加以解释，对混合基质膜的CO2和CH4的扩散系数和溶解系数进行了详细地研究，结果列于表3中。从表中可以看出，ZIF-8的加入明显地增加了CO2的扩散系数，这是一方面是由于ZIF-8自身的高孔隙率，为CO2在膜内部的扩散提供了额外的通道；另一方面是由于ZIF-8的加入增加了膜的自由体积，减少了气体在膜内部的传质阻力，从而提升了气体的扩散系数。此外，由于ZIF-8高的CO2吸附能力，提升了CO2在膜内部的溶解系数。上述几方面的共同作用导致了CO2渗透系数的增加。而对于CH4来说，由于其分子直径（3.8?）大于ZIF-8的孔径（3.4?），不能在ZIF-8的孔中进行扩散。因此，ZIF-8的加入增加了CH4在膜内部的扩散路径和扩散阻力。虽然增加的膜的自由体积也可提升CH4的扩散性能，但是ZIF-8的加入对CH4扩散所产生的负面作用远大于膜自由体积对CH4扩散所产生的正面作用，从而导致了CH4扩散系数和渗透系数的缓慢增加。