超临界乙烷制备ZIF-71膜实现高效H2/SF6分离

《Journal of Membrane Science》：Supercritical ethane processing of ZIF-71 membrane towards superior H 2/SF 6 separation

本文首次采用超临界乙烷（scC2H6）溶剂制备ZIF-71膜，通过精准调控成核与结晶动力学获得无晶界缺陷的致密膜结构。该膜在6 bar高压下仍保持473.3的H2/SF6分离因子，证明超临界流体（SCF）技术可普适性制备高性能金属有机框架（MOF）膜。

　　

材料

六水合硝酸锌（H₁₂N₂O₁₂Zn，99.0%）、4,5-二氯咪唑（dcIm，C₃H₂Cl₂N₂，98.0%）、2-甲基咪唑（2-mIm，C₄H₆N₂，99.0%）、2-甲氧基乙醇（C₃H₈O₂，99.0%）、醋酸锌（C₄H₆O₄Zn，99.0%）、盐酸（HCl，36.0–38.0 wt%）、乙醇胺（C₂H₇NO，99.0%）、甲醇（CH₄O，99.5%）、乙醇（C₂H₆O，99.7%）、去离子水。实验及测试气体包括H₂、SF₆和Ar。

采用超临界乙烷（scC₂H₆）作为溶剂在多孔α-氧化铝（α-Al₂O₃）基底上合成ZIF-71膜

第一步是在多孔α-氧化铝基底上引入氧化锌（ZnO）缓冲层（图2a–S2和S3）。如图2b所示，经过旋涂沉积和锌基凝胶煅烧后，基底表面被厚度约2 μm的光滑ZnO缓冲层均匀覆盖（图S2h和S4）。截面SEM图像进一步显示，所得ZnO缓冲层部分嵌入基底孔隙中，其渗透深度远薄于缓冲层本身。

结论

本研究开创了通过超临界乙烷（scC₂H₆）加工制备具有可控微观结构的ZIF-71膜。由于超临界二氧化碳（scCO₂）在可比条件下具有固有的化学惰性和较低粘度，膜中的晶界缺陷得以有效密封，从而实现耐压性能。气体渗透结果表明，在优化条件下制备的ZIF-71膜在环境条件下表现出426.5的H₂/SF₆分离因子，同时进一步……