新型共价有机框架（COFs）膜材料的制备及其气体分离性能研究

Membrane science and technology is known as energy-saving, clean, efficient and compatible which is suitable for modern industry, and becomes an important part of strategy to achieve sustainable economic development. In the membrane separation technology, the development of new membrane material is of significance. Covalent organic frameworks (COFs) represent a new type of porous organic material, which is ingeniously constructed with organic building units via strong covalent bonds, with good thermal stability, regular structure and adjustable pore size. In this proposal, design and synthesis of functional COFs membranes have been presented; modified commercially available α-Al2O3 ceramic will be used as the support material for synthesis of COFs membranes. The effect of synthesis condition for the COFs membranes on their physical properties including the morphology, crystal structure and porous texture will be investigated. Furthermore, the performance of COFs membranes on CO2/H2, CO2/N2 gas separations will be studied. This project combines porous materials chemistry and membrane separation technology which has highly scientific value and great practical significance.

膜技术具有节能、高效、环保、兼容性强等优点，适合于现代工业对节能、原材料再利用和环保的需要，成为实现经济可持续发展战略的重要组成部分。研究和开发新型的膜材料一直是膜分离技术的关键。共价有机框架（COFs）是有机前体通过共价键结合形成的有机晶型多孔材料，具有良好的稳定性、结构规整、孔道均一且可调节等特点。本项目拟设计与制备新型的功能性COFs膜，以商业上廉价的多孔α-Al2O3陶瓷为载体，通过适当的表面改性生长COFs膜。通过系统研究载体表面复合改性、COFs晶体的结构、合成条件等对COFs膜的影响（表面形貌、厚度、晶体取向等），探索COFs晶体的成膜机理，并进一步考察这类新型膜材料在CO2/H2、CO2/N2分离方面的应用。开展COFs膜材料的研究，有利于促进多孔材料化学、膜分离技术领域的交叉渗透，从而开辟一条崭新的研究方向，具有重要的学术价值和实际意义。

膜技术具高效、节能、环保、过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于生物、环保、化工、水处理等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，成为当今分离科学中最重要的手段之一。研究和开发新型的膜材料一直是膜分离技术的关键以及核心问题。本项目主要设计和制备了一种新型的膜材料，以商业上廉价的多孔α-Al2O3陶瓷为载体，通过适当的表面改性生长共价有机框架（COFs）膜。我们首先合成了一些列的COFs单体，通过溶剂热法合成了多种二维以及三维COFs，并研究了这些COFs的性质，如催化性能、气体吸附性能等。进而成功地解析了COFs的晶体结构。此外，我们还考察了COFs膜的晶体的结构，表面形貌和厚度。在此基础上研究了CO2/H2、CO2/N2分离性能。我们将新型的COFs多孔材料与膜分离技术相结合，开辟一条崭新的研究方向，具有重要的学术价值和实际意义。