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·28· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

图 3 UiO-66 晶体的 SEM 图(a)，无 ZrO 2 过渡层制得 UiO-66 膜表面(b)和截面(c)、有 ZrO 2 过渡层制得 UiO-66 膜表面
(e)和截面(f)的 SEM 图和不同物质的 XRD 图(d)
Fig. 3 SEM image of UiO-66 seed crystal (a), surface (b), (e) and cross-section (c), (f) SEM images and
different material XRD image (d) of UiO-66 membranes with none ZrO 2 layer and ZrO 2 layer, respectively

比 UiO-66 晶体小，接晶种过程中，UiO-66 晶种在
ZrO 2 层分布会更均匀。在之后的二次生长过程中，
晶体依附于晶种生长，使制得的 UiO-66 膜更均匀，
更完整致密。
2.2 几种小分子在 UiO-66 膜上的气体渗透性能
在 25 ¥和 0.08 MPa 下，H 2 、CO 2 、O 2 、N 2 、
n-C 4 H 10 和 i-C 4 H 10 在 UiO-66 膜上的渗透速率见图 4。
从图 4 中看出，H 2 渗透速率明显比其他气体大，即
随着气体分子动力学直径增大，气体渗透速率明显

减小。这是因为，分子的动力学直径越大，UiO-66
图 4 H 2 、CO 2 、O 2 、N 2 、n-C 4 H 10 和 i-C 4 H 10 在 UiO-66
膜的孔道直径（约 0.6 nm）对其阻力就越大。然而， 膜上的渗透速率
动力学直径 0.50 nm 的 i-C 4H 10 和 0.43 nm 的 n-C 4H 10 Fig. 4 Single component gas permeation of H 2 , CO 2 , O 2 ,
7
7
2
的渗透速率分别为4.3910 和1.2210 mol/ (m ·s·Pa)。 N 2 , n-C 4 H 10 and i-C 4 H 10 on UiO-66 membrane
这是由于 UiO-66 膜孔道的反向择形选择性所致。三
维分子尺寸为 0.642 nm× 0.435 nm× 0.435 nm 的
n-C 4 H 10 在通过 UiO-66 时，会发生不同程度的折叠，
使得其通过 UiO-66 孔道会比尺寸为 0.472 nm×
0.479 nm×0.484 nm 的 i-C 4 H 10 更难，从而 i-C 4 H 10 渗
透速率比 n-C 4 H 10 大。
H 2 /CO 2 、H 2 /N 2 和 i-C 4 H 10 /n-C 4 H 10 二组分气体分
子间的 Knudsen（克努森）扩散理想渗透选择性和
实验测得渗透选择性见图 5。从图 5 可以看出，3 对

气体分子通过 UiO-66 膜的渗透选择性都比 Knudsen
扩散分离因子大。其中，i-C 4 H 10 /n-C 4 H 10 的理想渗 图 5 H 2 /CO 2 ，H 2 /N 2 和 i-C 4 H 10 /n-C 4 H 10 在 UiO-66 膜上渗
透选择性为 3.6，与 Knudsen 扩散理想渗透选择性相 透选择性和 Knudsen 扩散理想分离因子对比图
Fig. 5 Comparison between the measured permeation
差最大。因此，将 UiO-66 膜用于 i-C 4 H 10 /n-C 4 H 10 selectivity and corresponding Knudsen values of
气体分离具有一定价值。 the H 2 /CO 2 , H 2 /N 2 and i-C 4 H 10 /n-C 4 H 10