本创新方法涉及调控MOF玻璃气体分离膜的孔结构,通过调整制备过程中金属源和有机配体的种类及其比例,实现MOF晶体结构不变的孔径调控,以优化气体分离性能。
背景技术
随着社会发展对高效清洁能源的需求日益旺盛,以氢气、甲烷等为代表的能源气体,因其高热效、低污染等优势被重点开发利用,但对于这些气体的高效分离是制约其应用的重大瓶颈,在众多气体分离和提纯技术中,气体膜分离技术由于其能耗低、效率高、易于器件化和产业化等优点得到重点研究和开发。新型的有机-无机杂化多孔晶体材料—金属有机骨架(Metal Organic Framework,MOF)被发展成为新型分离膜材料,MOF材料是由无机的金属离子(Zn,Co等)与有机配体通过配位键连接而成的多孔有序网络结构,由于其重多的化学和拓扑组成,使其具有丰富多样的孔结构,可以实现对多种气体分离要求的孔结构设计,同时MOF材料也可兼具分子筛的功能,可以通过在其结构中加入功能性基团,实现对特定气体分子的选择性分离。
玻璃态的MOF材料是最近出现了第四类全新的熔融淬冷玻璃,主要是通过MOF晶体的熔融冷却获得的。MOF玻璃是由无机的金属离子(Zn,Co等)与有机配体通过配位键连接而成的无序网络结构。MOF晶体中的微孔在熔融淬冷成玻过程中并没有因为结构坍塌而消失,而是以不同的孔洞尺寸和分布存在。目前发现的MOF玻璃中的微孔直径在非常适合具有类似直径的气体分子。MOF晶体材料作为分离膜材料,可以通过改变晶体结构、配体大小与种类等方法实现对气体分离性能的调控。但是,针对MOF玻璃分离膜气体分离性能的调控方法,目前还较少,影响了MOF玻璃在多个功能领域的应用扩展。
实现思路