超低温合成耐高压ZIF-8膜用于丙烷丙烯分离!恭喜纪涛涛的研究成果被ACS Materials Lett.接收发表！

ZIF-8（Zeolitic imidazolate framework-8）膜由于配体的面内转动使得其有效孔径（~4.0-4.2 Å）大于相应的晶体学理论孔径（3.4 Å），进而在丙烯/丙烷（C₃H₆/C₃H₈）分离中表现出巨大的应用潜力。近年来，有关ZIF-8膜的研究进展迅速，但其工业化应用仍然困难重重。一方面，可重复制备高性能ZIF-8膜是其规模化生产的先决条件；另一方面，在实际操作条件下（7 bar，50 ℃）保持稳定的分离能力是其工业化应用的必然要求。因此，亟需开发兼具制备重复性和分离稳定性的高质量ZIF-8膜合成策略来解决实际应用需求。

近日，我们开发了一种低温合成策略制备高质量ZIF-8膜的新工艺。该工艺通过大幅降低合成温度，有效避免了ZIF-8快速体相成核，保证了载体界面处反应原料的充分供应，并实现了对膜层成核过程和生长动力学的精准调控，在有效降低膜厚的同时，确保了膜层高度的连生性，最终制得了具有优异C₃H₆/C₃H₈分离性能的耐压ZIF-8膜。此外，通过低温条件下可控生长，确保了膜层高度均匀的微结构，使得制备的ZIF-8膜具有良好的性能可重复性。

本工作中，作者依次在多孔载体表面沉积ZIF-8晶种层和ZnO凝胶层。随后，通过一步煅烧法将其转化为具有较高反应活性且形貌均匀的ZnO过渡层。最后，在-5 ℃条件下低温生长以制备ZIF-8膜。如图2所示，系列表征结果表明，低温合成策略在确保膜层致密连续的同时，可以显著降低膜厚，提高膜层微结构均匀性，实现了高质量ZIF-8膜的可控合成。

气体渗透结果表明，低温制备的ZIF-8膜具有优异的C₃H₆/C₃H₈分离性能，其选择性为151，C₃H₆渗透通量为2.2×10⁻⁸ mol·m⁻²·s⁻¹·Pa⁻¹（40.7 Barrer），远超工业应用性能指标和目前报道的绝大多数ZIF-8膜。同批次ZIF-8膜的C₃H₆/C₃H₈选择性为124-167，C₃H₆渗透通量为1.5-3.2×10^-8 mol m^-2 s^-1 Pa^-1，具有良好的可重复性。此外，在不同进料压力、C₃H₆进料比率和长期运行测试中，低温制备的ZIF-8膜均表具有出色稳定的分离能力，具有很好的实际应用潜力。

为验证合成温度对膜结构和性能的影响，作者在不同温度下（-25 ℃ 到150 ℃）制备了一系列ZIF-8膜。实验结果证明ZIF-8结晶度、晶粒尺寸和膜层厚度均随反应温度升高而增加。C₃H₆/C₃H₈分离性能随着反应温度升高先增加后下降，且在低温下表现出较高的可重复性。-5 ℃低温生长平衡了膜层的连生性和厚度，并且确保了膜层微结构高度均匀，因此表现出优异且耐压的C₃H₆/C₃H₈分离性能和良好的可重复性。上述研究为切实解决ZIF-8膜的规模化生产和实际应用条件下稳定分离等实际问题提供了新思路。