金属：有机骨架分离膜

　　膜分离是一项先进的物质分离技术。膜材料的开发是构筑高效分离膜的核心和基础。金属-有机骨架材料组成丰富、具有多样化的孔道结构，这为膜材料的优化选择提供了广阔的空间。本书依据国内外及作者研究团队在金属-有机骨架分离膜方面的研究进展，从基本原理、实验策略和技术手段等方面深入阐述了金属-有机骨架分离膜的基本类型、制备方法、传质分离机理、表征方法以及应用领域，并展望了金属-有机骨架分离膜的未来发展方向和应用潜力。

　　杨维慎，班宇杰

前言

1 金属-有机骨架材料概述 1

1.1 金属-有机骨架材料的组成和结构 1

1.1.1 金属-有机骨架材料的组成 1

1.1.2 金属-有机骨架材料的结构 3

1.2 几种典型的金属-有机骨架材料 4

1.3 金属-有机骨架材料的性质与用途 8

1.3.1 金属-有机骨架材料的性质 8

1.3.2 金属-有机骨架材料的用途 8

1.4 金属-有机骨架材料的孔道工程与选择性吸附 11

1.5 金属-有机骨架材料的设计、合成与功能化 16

1.6 金属-有机骨架材料的计算化学研究 17

参考文献 17

2 金属-有机骨架多晶膜的类型及制备方法 20

2.1 多晶膜的主要类型 20

2.2 支撑型多晶膜的制备 20

2.2.1 原位晶化法 20

2.2.2 二次生长法 25

2.2.3 反向扩散界面生长法 31

2.2.4 层层组装法 33

2.2.5 快速热沉积法 34

2.3 支撑型取向多晶膜的制备 35

2.3.1 取向膜的意义 35

2.3.2 形成机理对制备取向膜的指导 36

2.4 无支撑型多晶膜的制备 40

2.4.1 反向扩散界面生长法 40

2.4.2 二次生长法 41

2.5 多晶膜的后处理过程 41

2.6 多晶膜的后修饰过程 42

参考文献 42

3 金属-有机骨架杂化膜的类型及制备方法 46

3.1 金属-有机骨架-石墨烯（氧化石墨烯）杂化膜 46

3.2 金属-有机骨架-碳纳米管杂化膜 49

3.3 金属-有机骨架-水滑石杂化膜 49

3.4 金属-有机骨架-沸石分子筛杂化膜 51

3.5 金属-有机骨架与其他骨架材料形成的杂化膜 52

3.6 金属-有机骨架-离子液体杂化膜 53

3.6.1 离子液体的气体溶解性 53

3.6.2 支撑型离子液体膜 55

3.6.3 金属-有机骨架-离子液体杂化膜的类型及制备方法 56

3.7 金属-有机骨架-有机聚合物杂化膜 58

3.7.1 表面生长型杂化膜 59

3.7.2 有机相填充型杂化膜 59

3.7.3 混合基质型杂化膜 59

参考文献 73

4 金属-有机骨架分离膜传质分离机理 76

4.1 分离膜的基本概念、学术用语及性能参数 76

4.1.1 分离膜的基本概念与学术用语 76

4.1.2 分离膜的性能参数 80

4.2 膜的传质分离过程概述 81

4.2.1 气体传质分离过程 81

4.2.2 渗透气化传质过程 82

4.2.3 蒸气渗透传质过程 82

4.3 多晶膜的传质分离机理 83

4.3.1 吸附-扩散分离模型 83

4.3.2 吸附控制的膜分离过程 86

4.3.3 扩散控制的膜分离过程 89

4.3.4 选择性吸附-分子筛分过程 93

4.4 混合基质膜的传质分离机理 94

4.4.1 聚合物基质的分离机理 94

4.4.2 填充粒子的分离作用 97

4.4.3 两相界面缺陷对分离的影响 102

4.4.4 混合基质膜渗透性预测模型 102

参考文献 105

5 金属-有机骨架分离膜及纳米晶粒的表征方法 107

5.1 X射线衍射结晶结构研究 107

5.1.1 X射线衍射基本原理 107

5.1.2 X射线衍射模式 108

5.1.3 X射线衍射的应用 109

5.2 材料的组成、结构与化学环境研究 111

5.2.1 核磁共振波谱法 111

5.2.2 电感耦合等离子体原子发射光谱 113

5.2.3 红外光谱与拉曼光谱 114

5.2.4 X射线光电子能谱 116

5.2.5 二次离子质谱 118

5.3 动态光散射纳米粒度分析 119

5.3.1 动态光散射基本原理 119

5.3.2 动态光散射的应用 119

5.4 显微结构与微区形貌研究 119

5.4.1 扫描电子显微镜 119

5.4.2 透射电子显微镜 122

5.4.3 原子力显微镜 124

5.5 热分析 125

5.5.1 热分析基本原理 125

5.5.2 热分析的应用 125

5.6 气体吸附与孔道结构分析 126

5.6.1 吸附等温线的测定 127

5.6.2 表面积、孔体积及孔分布的测定 128

5.6.3 吸附热的测定 130

5.6.4 理想吸附选择性的计算 131

5.7 自由体积分析 133

5.8 膜的渗透分离技术 135

5.8.1 气体渗透分离 135

5.8.2 渗透气化分离与蒸气渗透分离 136

参考文献 137

6 金属-有机骨架分离膜的应用 139

6.1 气体分离 139

6.1.1 几种气体分离方法对比 139

6.1.2 金属-有机骨架分离膜气体分离应用 141

6.2 渗透气化或蒸气渗透液体分离 150

6.2.1 几种液体分离方法对比 150

6.2.2 金属-有机骨架分离膜渗透气化或蒸气渗透液体分离应用 151

6.3 其他分离应用 155

参考文献 157

7 二维超薄金属-有机骨架分离膜 163

7.1 二维膜材料的分类 163

7.2 二维超薄金属-有机骨架分离膜的结构特点 164

7.3 二维超薄金属-有机骨架分离膜的科学与技术难点 165

7.3.1 纳米片的制备 166

7.3.2 由纳米片组装二维超薄膜 170

7.3.3 二维超薄膜的分离应用 170

7.4 二维超薄金属-有机骨架分离膜的发展方向 170

参考文献 171

索引 173