兩步干凝膠轉化法制備UiO-66膜并用于己烷異構體的高效分離

王宇軒，花敬賢，潘宜昌，徐南平

(1.南京工業大學化工學院，材料化學工程國家重點實驗室，南京 210009；2.蘇州實驗室)

己烷異構體的分離是化學工業中一個重要過程。正構烷烴或單支鏈烷烴適合作為裂解制烯烴(乙烯)裝置的原料,而多支鏈烷烴則適合作為高品質汽油的調合組分。根據支鏈化程度對己烷異構體進行分離,特別是對線性/單支鏈烷烴與其雙支鏈烷烴異構體的分離,是輕石腦油高值化利用的關鍵與前提[1-2]。目前化學工業中依賴高能耗的熱法精餾來分離己烷異構體,但因各異構體的物性極為相近,導致工藝復雜且分離能耗居高不下。“雙碳”戰略目標的提出,以強約束和明確目標倒逼石化行業綠色低碳轉型[3-7]。因此,發展高效、低能耗的分離技術顯得尤為迫切,對推動化學工業達成“雙碳”戰略目標具有重要意義。

膜分離技術是公認的新一代高效分離技術,具有分離效率高、能耗低、環境友好等優點,被廣泛運用于石化行業中,以實現對固液、液液、氣體等分離過程流程再造,提高過程效率,降低能耗強度[8-13]。滲透汽化是一種被廣泛采用的膜分離方法,其依靠選擇透過膜材料兩側的化學勢差驅動液體混合物的分離、提純與濃縮[14-16]。金屬-有機骨架(MOF)材料作為一類新興發展的多孔結晶材料,其結構的多樣性賦予其高度可設計的孔道結構和表面功能,在解決工業挑戰性的己烷異構體分離難題方面備受關注[17-21]。網狀化學的成功部署使得MOF的孔結構能夠被精確控制,以提供對不同支鏈化異構體的精準鑒別能力[22-23]。例如,Yu Liang等[24]設計開發了一種超微孔MOF材料Al-bttotb,其晶體結構中每個鋁中心與4個羧酸鹽和2個橋聯羥基陰離子的氧原子八面體配位,形成了獨特的一維陣列通道。該一維通道的孔徑(0.56 nm)正好介于單支鏈的正己烷(nHEX,分子動力學直徑為0.43 nm)、3-甲基戊烷(3MP,分子動力學直徑為0.55 nm)以及雙支鏈的2,2-二甲基丁烷(22DMB,分子動力學直徑為0.62 nm)的分子動力學直徑之間,使其通過尺寸篩分機制可實現對雙支鏈異構體的選擇性阻斷。基于此,我們在前期工作中通過溶劑熱原位合成法在氧化鋁支撐體上制備得到致密無缺陷的Al-bttotb膜,并將其用于己烷異構體的分離[25]。該工作是MOF膜分離己烷異構體的第一個案例。然而,較厚的Al-bttotb膜導致其滲透通量較低,同時高昂的配體成本也是限制其進一步應用的重要因素。

與Al-bttotb相比,鋯基UiO-66作為一種經典的MOF材料,得益于鋯原子與羧酸氧之間的硬酸-硬堿相互作用形成強配位鍵,表現出優異的化學和熱穩定性,因此在油水分離、脫鹽和氣體分離等領域被廣泛研究[25-29]。晶體學數據顯示,UiO-66的理論孔徑(0.60 nm)也剛好介于nHEX,3MP,22DMB的分子動力學直徑之間[30]。因此,探索UiO-66膜分離己烷異構體將推動MOF膜在同碳數烴分離領域取得新進展。

1 實 驗

1.1 原材料

正丙醇鋯[Zr(OC3H7)4]溶液(質量分數70%)、四氯化鋯(ZrCl4,質量分數98%)、乙酸(AcOH,分析純)、甲酸(HCOOH,分析純)、二甘醇(DEG,分析純)、1,4-對苯二甲酸(H2BDC,分析純)、nHEX(分析純)、3MP(分析純)和22DMB(分析純),均購于上海阿拉丁生化科技股份有限公司。氧化鋁粉體購于法國Baikowki公司。甲醇(分析純)、乙醇(分析純)、異丙醇(分析純)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF,分析純)均購于無錫市亞盛化工有限公司。上述試劑與化學品均可直接使用,未進行進一步的純化操作。

1.2 表征方法

采用日本Rigaku公司生產的 Smartlab TM 9 KW型X射線衍射(XRD)儀,在室溫下使用 Cu Kα輻射測量粉末與膜樣品的晶體結構,掃描步長為 0.04°,電壓為 40 kV,電流為 40 mA。采用美國Nicolet公司生產的 IS 10 型傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)儀,在室溫下分別對粉末與膜樣品的結構與化學作用進行分析。采用日本Hitachi 公司生產的S4800型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察粉末與膜樣品的形貌結構,其加速電壓為5 keV;能量色散X射線(EDS)圖譜采用同款電子顯微鏡,在8 mm的工作距離和20 keV的加速電壓下對膜樣品進行元素分布表征。采用日本Shimadzu公司生產的 UV-2450型紫外可見分光光度計測定染料濃度從而判定膜樣品的缺陷程度。

1.3 兩步干凝膠轉化法制備UiO-66膜

1.3.1氧化鋁支撐體的制備與預處理

采用干壓法制備試驗所需的多孔氧化鋁片狀支撐體[31]。選擇平均粒徑約300 nm的高純氧化鋁粉體作為基材,在制片前借助瑪瑙研缽將其研磨均勻。制片時,每次精準稱取2 g研磨均勻的高純氧化鋁粉體于不銹鋼模具中,對該模具施加20 MPa的縱向壓力,維持30 s,使得粉體預成型。隨后,將預成型的氧化鋁片置于1 200 ℃的馬弗爐中高溫燒結5 h即可獲得孔隙直徑約200 nm、總孔隙率約40%的多孔氧化鋁片狀支撐體,其宏觀厚度為2 mm,直徑為22 mm。

在制膜前,需要對支撐體的表面進行預處理,以獲得微觀尺度上光滑平整且無凸起的表面結構。選用美國Buehler公司1 200目和3 000目的砂紙對氧化鋁片狀支撐體的一側進行經驗式人工打磨處理。打磨3 min即可獲得在燈光照射下呈現鏡面反射效果且無劃痕的理想表面。隨后,將拋光處理的支撐體置于80 ℃的去離子水中超聲處理10 min,重復3次上述操作,以除去支撐體表面和孔道中弱結合的氧化鋁納米粉體和污漬。最后,于150 ℃的真空干燥箱中熱處理12 h,冷卻至室溫后密封保存備用。

1.3.2UiO-66納米晶種的制備

將0.121 g的ZrCl4與0.086 4 g的H2BDC預先超聲溶解在15 mL的DMF溶劑中。隨即,將1.75 mL AcOH與1.75 mL乙醇先后加入上述溶液中,采用恒溫磁力攪拌器攪拌10 min使溶液混合均勻,得到UiO-66晶種合成母液。緊接著,將該合成母液轉移至聚四氟乙烯反應釜中,于120 ℃電熱鼓風干燥箱中進行恒溫溶劑熱反應24 h。反應結束后,等待反應釜冷卻至室溫,離心(10 000 r/min)收集合成的UiO-66納米晶體,并先后使用新鮮的DMF與甲醇各洗滌2次。最后,將UiO-66納米晶體于60 ℃的電熱鼓風干燥箱中干燥24 h備用。

1.3.3UiO-66凝膠層的制備

將上述制備的UiO-66納米晶體預先分散在甲醇中配制成質量分數為0.1%的晶種懸浮液。超聲處理10 min使得UiO-66納米晶體分散均勻。隨即,將15 mL Zr(OC3H7)4溶液與10 mL DEG在室溫下攪拌混合10 min后,加入1 mL預先配制的UiO-66晶種液,攪拌30 min后靜置老化過夜,即可得到含有UiO-66納米晶體的鋯基凝膠溶液。

采用浸漬提拉法在支撐體表面沉積鋯基凝膠層。每次浸涂維持20 s,間隔1 min待凝膠半凝固后,重復上述操作3次。最后,將涂覆后的支撐體置于60 ℃烘箱中熱處理10 min得到厚度均一的UiO-66凝膠前軀體層。

1.3.4UiO-66膜的制備

采用如圖1所示的兩步干凝膠轉化法制備連續致密的UiO-66膜。首先,將0.158 g H2BDC超聲溶解于20 mL DMF中,隨后加入4.8 mL HCOOH和0.15 mL Zr(OC3H7)4溶液,攪拌10 min即可得到膜的合成液,并將其轉移至聚四氟乙烯反應釜中。隨即,將上述涂覆有UiO-66凝膠層的支撐體垂直浸沒于合成液中,在溫度55 ℃下進行48 h的溶劑熱合成。反應結束,使用甲醇對一步合成的UiO-66膜表面進行簡單的清洗。在已清潔的膜表面再次涂覆一層不含晶種的純相鋯凝膠后,進行第二次溶劑熱合成(12 h,55 ℃)。第二次轉化生長所需的合成液與第一次保持一致。待轉化反應結束,使用甲醇對膜表面進行簡單的清洗后,將其浸泡于乙醇中12 h,然后在室溫下真空干燥48 h。該方法相較經典的晶種-二次生長法有兩點優勢,其一是采用鋯凝膠和UiO-66晶種的混合相替代純相晶種作為前軀體層,為膜的初步溶劑熱轉化生長提供均勻且豐富的多尺度成核位點;其二是借助二次涂覆的鋯凝膠自轉化來密封UiO-66膜的晶間缺陷,實現薄且致密的UiO-66膜的制備。

圖1 兩步干凝膠轉化法制備UiO-66膜的過程示意

作為對比,同時采用晶種-二次合成法制備UiO-66膜。晶種涂覆液即為上述1.3.3節配制的質量分數0.1%的晶種-甲醇懸浮液。晶種層的涂覆程序、膜合成液的配方與活化方式均與上述兩步干凝膠轉化法保持一致。

1.4 膜的性能測試

采用如圖2所示的實驗室自制滲透汽化裝置對兩種方法制備的UiO-66膜的己烷異構體分離性能進行評價。通過全氟醚O型橡膠墊圈將有效膜面積為1.74 cm2的UiO-66膜密封于膜組件中。在滲透汽化過程中,原料液經蠕動泵輸送至膜上游側,而被膜選擇性截留的部分繼續循環至原料罐。在攪拌裝置驅動下,能夠確保原料罐中的原料液在時空尺度上近似均勻。經膜兩側蒸汽壓差的推動而跨膜的原料組分,在膜下游側發生汽化。借助冷阱收集該部分的蒸汽相產物,并通過精準稱量測試前后冷阱的質量計算膜的滲透通量。通過氣相色譜儀分析進料和滲透物的組成。

圖2 滲透汽化試驗裝置示意

膜的滲透通量J按照下式[32]計算:

(1)

式中:Q為滲透組分的質量,g;A為膜的有效滲透面積,m2;t為分離時間,h。

針對己烷異構體,膜的分離因子α通過下式計算:

(2)

(3)

(4)

式中:Y和X分別代表滲透組分和進料側各組分的質量分數。每次滲透汽化測試前,均需要通過色譜分析確定原料罐中的各進料組成,確保滲透汽化試驗提供的原料液濃度恒定。

2 結果與討論

2.1 UiO-66納米晶體的制備與表征

采用溶劑熱合成法制備試驗所需的UiO-66納米級晶體。晶體的結晶度、分散性與形貌等影響后期膜的交互生長與結構穩定性[33]。試驗中固定金屬源ZrCl4與配體H2BDC的物質的量比為1∶1,通過改變調節劑AcOH的添加量來調控UiO-66晶體的成核與生長。借助XRD技術對合成的晶體進行結構表征,其XRD圖譜見圖3。由圖3可知:所制備5個粉末樣品在2θ為7.2°,8.3°,26°附近均出現較為明顯的UiO-66特征峰,與模擬標準譜圖保持一致,證實UiO-66晶體成功合成;隨著調節劑AcOH在合成液中添加量的增加,所制備UiO-66晶體在2θ為7.2°,8.3°,26°附近的特征峰強度逐漸增強,預示著晶體結晶度的增強。較高的結晶度通常意味著晶體擁有較大的粒徑與晶格匹配度,通常表現出更高的結構穩定性。

圖3 UiO-66納米晶體的XRD圖譜

圖4為n(H2BDC)∶n(AcOH)=1∶100的條件下制備的UiO-66納米晶體與配體的FT-IR圖譜對比。UiO-66晶體在波數1 401 cm-1和1 585 cm-1兩處出現強烈的特征峰,分別歸屬于骨架中羧基和苯環的伸縮振動。值得注意的是,UiO-66晶體的羧基和苯環的特征峰較純配體譜圖而言,分別出現了一定的紅移和藍移現象,表明羧基和鋯形成了強烈的配位鍵[36]。因此,結合SEM與XRD結果,可以證實純相且高結晶度的UiO-66納米晶體的形成。考慮到多孔氧化鋁支撐體的孔徑以及晶種的結構穩定性,該條件下制備的UiO-66納米晶體綜合來看更適合作為研究所需的晶種。

圖4 UiO-66納米晶體與配體的FT-IR圖譜對比

圖5為5種不同合成參數下制備的UiO-66晶體樣品的SEM照片。如圖5(a)所示,當合成液中不添加調節劑AcOH時,所獲得的UiO-66晶體表現為聚集的團聚共生狀態,無法清晰地判斷其形貌與粒徑,顯然不適合作為晶種。這一結果是UiO-66晶體成核速率大于其生長速率的直觀體現[34]。隨著生長調節劑AcOH的引入,開始出現顆粒分明的類球形UiO-66納米晶體,平均粒徑約100 nm[圖5(b)]。當n(H2BDC)∶n(AcOH)為1∶30和1∶60時,UiO-66晶體的共生現象消失[圖5(c)～圖5(d)],且隨著AcOH添加量的增加,晶體平均粒徑也隨之增加,這是因為AcOH攜帶的羧基可與Zr6O4(OH)4金屬簇競爭配位,破壞金屬中心與配體間的配位平衡,進而降低晶體成核速率,轉而促進已成核的小晶粒的生長[35]。如圖5(e)所示,當n(H2BDC)∶n(AcOH)=1∶100時,合成的UiO-66晶體呈現棱角分明的正八面體規則形貌,且晶面光滑平整,這與XRD的結果相對應,此時UiO-66晶體粒度均勻,平均粒徑增加至130 nm。

圖5 不同調節劑添加量下制備的UiO-66納米晶體的SEM照片

2.2 UiO-66膜的制備與表征

兩次干凝膠的涂覆以及轉化所形成的UiO-66膜層的表面和斷面形貌見圖6。通過簡單的浸漬提拉法將晶種與鋯凝膠混合液沉積于支撐體的表面。經熱處理后混合液在支撐體表面轉變為一層半連續的干凝膠前軀體層[圖6(a)～圖6(b)]。因干凝膠的無定型結構且混合的晶種含量較低,其XRD特征峰被較強的氧化鋁峰所覆蓋(圖7)。進一步將上述帶有干凝膠涂層的支撐體置于反應釜中進行48 h的溶劑熱轉化生長,XRD譜圖證實干凝膠層經溶劑熱轉化形成了純相的UiO-66膜。但SEM圖像顯示膜的表面存在明顯的亞微米級晶間缺陷與針孔[見圖6(c)紅色圓圈],且膜的斷面有明顯的裂紋,這將嚴重影響膜的分子分離精度。另外,通過簡單優化膜的溶劑熱合成參數并不能獲得連續致密的膜層。因此,需要進一步部署程序以密封膜層的非選擇性缺陷與裂紋,強化UiO-66膜的微結構。

圖7 兩步干凝膠轉化法制備UiO-66膜過程中各物質的XRD圖譜

如圖6(e)所示,經二次鋯基凝膠沉積后,UiO-66膜表面的亞微米尺度的晶界缺陷與裂縫均被凝膠層完美填充[見圖6(e)黃色圓圈]。膜斷面SEM圖像展示了類似聚合物的連續層替代原先不連續的晶體層,表明鋯凝膠充分滲入UiO-66膜層的缺陷與裂紋處并將其密封[圖6(f)]。XRD圖譜進一步證實鋯凝膠涂層的形成并完美覆蓋于UiO-66膜表面(圖7)。通過二次干凝膠轉化,UiO-66膜層轉變為連續且晶體良好共生的新狀態。膜表面與斷面觀察不到任何微米或亞微米尺度的缺陷或裂紋[圖6(g)～圖6(h)]。斷面SEM圖像顯示其厚度約1.3 μm[圖6(h)],與第一次轉化生長的膜厚基本相當[圖6(d)],表明第二步干凝膠轉化旨在生成新的晶體密封膜的缺陷而非使現有晶體繼續生長。斷面EDS圖像展示了膜層和支撐體之間的明顯界面[圖6(h)插圖,淺綠色代表Zr元素,紅色代表Al元素]。

兩步干凝膠轉化法制備UiO-66膜的過程中各物質的XRD圖譜見圖7。由圖7可知,經二次干凝膠轉化獲得的UiO-66膜的XRD圖譜與純相UiO-66保持一致,但在2θ為7.2°和8.3°兩處的衍射峰強度明顯強于第一次轉化合成的膜,再次印證第二步的干凝膠轉化利于形成連續致密且高結晶態的膜層。鑒于此,可以預期兩步干凝膠轉化制備的UiO-66膜具有良好的結構穩定性與己烷異構體分離性能。

圖8 新制的UiO-66膜隨活化時間變化的ATR-FTIR圖譜

為了進一步證實兩步干凝膠轉化法制備的UiO-66膜中沒有針孔型晶間缺陷,在膜的上游用孟加拉玫瑰水溶液(10 mL)進行過濾試驗[37]。過濾后,濾液的相對燃料分子濃度(通過碘離子信號表達)和膜的光學圖像如圖9所示。由圖9可以看出:從一次干凝膠轉化制備的UiO-66膜的下游獲得的濾液中染料分子相對濃度超過1×10-3,且過濾試驗后該膜與支撐體的斷面顯示出較為明顯的顏色轉變,表明膜層不致密且存在大于1 nm的針孔型缺陷;相比之下,經兩次干凝膠轉化制備的膜對染料分子的截留能力得到顯著提高,過濾試驗后膜的斷面幾乎沒有變色,濾液中可檢測的染料分子數量也可忽略不計,意味著該膜的致密性經兩步轉化得到顯著提升且膜層中超過1 nm的針孔型缺陷得以消除。

圖9 UiO-66膜對染料過濾液的光學圖像紫外可見光譜(碘)

圖10為UiO-66晶種層和晶種溶劑熱法制備的UiO-66膜層的表面與斷面形貌。為了揭示鋯凝膠層的引入對于獲得連續致密膜的必要性,進一步制備了不含鋯基凝膠的純相UiO-66晶種層,以此驅動UiO-66膜的生長[圖10(a)～圖10(b)]。溶劑熱生長使用與干凝膠轉化法相同合成參數。然而對比干凝膠轉化法,經一次晶種轉化生長獲得的膜呈現出明顯的非連續狀態,晶體生長不均勻,晶粒局部堆積而非交互生長,導致形成大量的微米級缺陷與裂紋[圖10(c)～圖10(d)]。直觀地體現為從缺陷處可以觀察到裸露的支撐體。即使再進行一次溶劑熱的生長,膜層的晶間缺陷仍不能被完全密封與消除[圖10(e)～圖10(f)]。因此,不同于在支撐體上直接沉積不連續的UiO-66晶種層,鋯凝膠的引入在一定程度上可以密封晶種間的間隙,同時也為晶體間的交互生長提供了豐富的成核位點,進而有利于連續致密膜的形成。

圖10 UiO-66晶種層和晶種溶劑熱法制備的UiO-66膜層的表面與斷面形貌

2.3 UiO-66膜的分離性能

己烷異構體滲透汽化測試前,利用對晶間缺陷非常敏感的小分子氣體的滲透試驗進一步評價膜的完整性。晶間缺陷的尺寸取決于多晶膜材料的拓撲結構,所以應大于其晶胞單元的尺寸。根據晶體學數據統計,UiO-66的晶胞單元尺寸為2.07 nm[38]。因此,對典型的H2/CO2氣體的滲透性能進行評估能夠有力判定UiO-66膜層是否存在晶間缺陷。圖11(a)～圖11(b)展示了UiO-66膜對等物質的量的H2/X(X為N2,CO2,CH4,C3H8)混合氣體的滲透能力。該結果表明,UiO-66膜對H2/CO2存在明顯的Trade-off滲透截斷效應,計算的H2/CO2分離選擇性為5.4,高于其Knudsen擴散選擇性4.7,再次證實兩步干凝膠轉化能夠有效密封膜的晶間缺陷并形成理想結構的致密膜。

圖12為25 ℃、101 kPa條件下,兩步干凝膠轉化法制備的UiO-66膜對等質量分數的二元體系nHEX/22DMB和3MP/22DMB的滲透通量和分離因子隨滲透時間的變化情況,具體滲透汽化分離性能數據見表1和表2。從滲透汽化結果來看,正如預期,UiO-66膜優先滲透nHEX和3MP而非22DMB。經12 h在線滲透汽化試驗后,nHEX和3MP各自的質量分數分別從50%提升到84.63%和74.17%,滲透通量分別為254.14 g/(m2·h)和188.14 g/(m2·h)。UiO-66膜對nHEX/22DMB的分離因子高于3MP/22DMB,歸因于UiO-66對nHEX的優先吸附能力(圖13)以及nHEX擁有相對較小的分子動力學直徑,因而表現出較高的擴散速率。延長滲透汽化時間,UiO-66膜對上述兩種二元組分的滲透通量和分離因子存在輕微的降低,但于72 h內基本趨于穩定,該現象在Al-bttotb膜的己烷異構體滲透汽化試驗中也曾發現。這可能是由于烷烴分子的凝聚并吸附在膜孔道內從而增加了膜相阻力,進而削弱了分離性能。值得提出的是,兩步干凝膠轉化法制備的UiO-66膜針對nHEX/22DMB和3MP/22DMB二元體系無論就滲透通量還是分離因子均高于Al-bttotb膜[nHEX和3MP各自的質量分數分別從50%提升至79.4%和67.5%,滲透通量分別為40.22 g/(m2·h)和35.39 g/(m2·h),20 h],該結果應歸因于UiO-66膜較薄的膜層和致密的微結構。

表1 兩步干凝膠轉化法制備的UiO-66膜對nHEX/22DMB的滲透汽化分離性能

表2 兩步干凝膠轉化法制備的UiO-66膜對3MP/22DMB的滲透汽化分離性能

圖12 兩步干凝膠轉化法制備的UiO-66膜的己烷異構體的二元組分的分離性能

圖13 兩步干凝膠轉化法制備的UiO-66膜釜底UiO-66晶體的單組分己烷異構體飽和蒸汽吸附等溫線(20 ℃)

圖14為25 ℃、101 kPa條件下,UiO-66膜對等質量分數的三元體系nHEX/3MP/22DMB的滲透汽化分離性能,具體滲透汽化分離性能數據見表3。滲透汽化結果顯示三元體系的滲透試驗與二元體系呈現出一致的規律,UiO-66膜優先滲透直鏈烷烴和單支鏈烷烴,而排阻雙支鏈烷烴,且對該三組分的滲透通量也與晶體吸附數據一致(三者滲透通量的大小順序為nHEX>3MP>22DMB),因為吸附較強的組分更容易優先占據膜孔道[39]。值得注意的是,UiO-66膜對nHEX和3MP含量的提升低于二元組分的分離(圖12),可能是烷烴分子間的不同傳輸特性和競爭擴散導致。同樣,經72 h的滲透試驗后,UiO-66膜對該三元組分的滲透汽化性能基本保持穩定。此時,膜的滲透通量為217.71 g/(m2·h),分離因子為2.78,同樣強于Al-bttotb膜,顯示出潛在的應用前景。

表3 兩步干凝膠轉化法制備的UiO-66膜對nHEX/3MP/22DMB的滲透汽化分離性能

圖14 兩步干凝膠轉化法制備的UiO-66膜對己烷異構體三元組分的分離性能

3 結 論

通過兩步干凝膠轉化法成功制備了連續致密的UiO-66薄膜,并將其用于己烷異構體的高效分離。不同于傳統的晶種-二次生長法,兩步干凝膠轉化將合成過程進行解耦。首次引入的凝膠層能夠強化傳統晶種層的微結構,為膜的首次溶劑熱生長提供連續均勻的多尺度成核位點。晶種與凝膠的協同轉化生長容易誘導交互共生膜層的初步形成。而二次引入的凝膠層可以作為不完美膜的“密封條”,控制其自轉化生長以愈合膜層的晶間缺陷而不明顯增加膜層的厚度。耦合多種微觀表征技術與分子探針測試,證實了兩步干凝膠轉化對于獲得連續致密的UiO-66薄膜的必要性。將制備的UiO-66膜用于己烷異構體的分離,滲透汽化試驗結果表明UiO-66膜能夠直接分離三元混合組分。nHEX和3MP跨膜后,二者的質量分數之和從進料側的66.66%提升至下游側的87.33%,而22DMB的質量分數相應地從進料側的33.33%下降至12.67%,滲透通量高達268.91 g/(m2·h)。因此,面向未來,在此基礎上需要對現有膜材料的分離性能與穩定性進行進一步的研究考察與強化,滿足實際工業工況分離要求,以真正推進膜技術在己烷異構體分離場景下的部署,進而為石化行業關鍵主流程的節能降耗、煉化項目的減油增化以及我國“雙碳”戰略目標的達成提供堅實的技術支撐。