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第 12 期 张亚明，等: UiO-66 膜的制备及其对正/异丁烷体系的分离 ·29·

2.3 温度对 i-C 4 H 10 /n-C 4 H 10 在 UiO-66 膜上渗透选 i-C 4 H 10 /n-C 4 H 10 的渗透选择性呈增大趋势，由跨膜
择性影响 压差 0.04 MPa 时的 3.1 增至跨膜压差为 0.08 MPa
时的 3.6。随着跨膜压差继续增加，n-C 4 H 10 的渗透
跨膜压差为0.08 MPa 时，温度对i-C 4 H 10 和n-C 4 H 10
渗透速率和渗透选择性影响见图 6。 速率增速增大，而 i-C 4 H 10 的渗透速率增速减缓。这
是由于当跨膜压差达到一定程度时，吸附容量不再
增加，吸附位点基本被分子占据，此时，分子的筛
分效应起了一定作用，表现为 i-C 4 H 10 /n-C 4 H 10 的渗
透选择性略微减小。
[4]
[5]
Zhou 、Takahashi 、Nishiyama [18] 和 Falconer [19]
制备的 MFI 类沸石膜，在分离正/异丁烷时，都表现
出 n-C 4H 10 渗透速率大于 i-C 4H 10。在 60~100 ¥内，n-
C 4H 10/i-C 4H 10 理想渗透选择性处于 14~62，渗透侧 n-
8
2
8
C 4 H 10 的渗透速率大多在1×10 ~10×10 mol/ (m ·s·Pa)，
10
2
但也有个别膜的渗透速率低至 1×10 mol/ (m ·s·Pa)。

图 6 温度对 i-C 4 H 10 /n-C 4 H 10 两种气体在 UiO-66 膜上渗 本文制备的 UiO-66 金属有机骨架膜，其对烷烃特有
透速率和渗透选择性的影响 的反向择形性，表现为 i-C 4 H 10 的优先透过，即
Fig. 6 Effect of temperature on permeance and permeation i-C 4 H 10 的渗透速率大于 n-C 4 H 10 。在 25 ¥时，i-C 4 H 10 /
selectivity of i-C 4 H 10 /n-C 4 H 10 on UiO-66 membrane
n-C 4 H 10 的理想渗透选择性达到 3.6，渗透侧 i-C 4 H 10
2
7
从图 6 可以看出，在较低温度时，两种气体的 的渗透速率为 4.3910 mol/(m ·s·Pa)。由于 i-C 4 H 10
渗透速率相差最大。随着温度的升高，两种气体在 的优先渗透，有利于在膜的渗透侧获取合成高辛烷
UiO-66 膜上的渗透速率都减小。这是因为温度升 值异构烷烃所需的原料 i-C 4 H 10 。
高，UiO-66 膜对 i-C 4 H 10 和 n-C 4 H 10 的吸附力均减弱， 综上，UiO-66 膜对 i-C 4 H 10 和 n-C 4 H 10 的渗透分
使得渗透选择性相差不大。 离具有反向渗透性，即 i-C 4 H 10 的渗透速率比 n-C 4 H 10
2.4 跨膜压差对 i-C 4 H 10 /n-C 4 H 10 在 UiO-66 膜上渗 大，UiO-66 膜对 i-C 4 H 10 和 n-C 4 H 10 的渗透选择性是
透选择性影响 吸附机制占主导因素，而分子筛分效应为辅助因素
在温度为 25 ¥时， 跨 膜压差对 i-C 4 H 10 和 的结果。
n-C 4 H 10 渗透速率和渗透选择性能的影响见图 7。
3 结论

采用擦涂法在 α-Al 2 O 3 撑体上引入 ZrO 2 层，利
用晶种二次生长法成功制备厚度约为 5 μm 的
UiO-66 膜。XRD 和 SEM 分析结果表明，ZrO 2 层的
引入有利于形成均匀、致密和覆盖率高的 UiO-66

膜。考察了 UiO-66 膜对 H 2 、CO 2 、O 2 、N 2 、n-C 4 H 10
和 i-C 4 H 10 气体的单组分渗透性能，结果表明，随着
分子动力学直径的增大，UiO-66 膜孔道对气体分子
的阻力增加，气体渗透速率不断减小，而由于

UiO-66 对烷烃气体的反向择形选择性，i-C 4 H 10 气体
图 7 跨膜压差对 i-C 4 H 10 /n-C 4 H 10 在 UiO-66 膜上渗透速
在 UiO-66 膜上渗透是吸附机制占主导地位，这使得
率和渗透选择性的影响
Fig. 7 Effect of trans-membrane differential pressure on i-C 4 H 10 在 UiO-66 膜孔道内的渗透速率比 n-C 4 H 10
permeance and permeation selectivity of 大。将 UiO-66 膜用于 i-C 4 H 10 /n-C 4 H 10 两种气体渗透
i-C 4 H 10 /n-C 4 H 10 on UiO-66 membrane 选择性的研究，结果表明，随着跨膜压差的增大，

i-C 4 H 10 /n-C 4 H 10 的渗透选择性先增大后缓慢减小，
从图 7 可以看出，在较低跨膜压差下，i-C 4 H 10
的渗透速率比 n-C 4 H 10 大，随着跨膜压差的增加， 随着温度的升高，i-C 4 H 10 /n-C 4 H 10 的渗透选择性逐
i-C 4 H 10 的渗透速率增速比 n-C 4 H 10 的增速大。这是 渐降低。在跨膜压差为 0.08 MPa、温度为 25 ¥时，
因为，随着跨膜压差的增大，UiO-66 对 i-C 4 H 10 的 UiO-66 膜对 i-C 4 H 10 /n-C 4 H 10 的渗透选择性达 3.6，
2
7
7
吸附容量增 加的比 n-C 4 H 10 快 [17] 。 总体表现为 渗透速率分别为 4.3910 和 1.2210 mol/(m ·s·Pa)。