《Metal-Organic Framework Membranes for Molecular Gas Separations》书评

华南理工大学化学与化工学院 孙志红

一、概述

《Metal-Organic Framework Membranes for Molecular Gas Separations》由世界科学出版社出版于2021年，作者为Moises A Carreon和Surendar R Venna。本书聚焦于金属有机框架膜材料在气体分离中的应用，可供化学工程和材料工程的科研人员参考。

二、内容简介

金属有机框架（MOF）是由金属离子或者簇与有机配体通过配位键形成的多孔晶体材料，因其具有高比表面积，可功能化和结构多样性，近年来引起了科研界的广泛关注。本书主要聚焦于金属有机框架膜材料用于分子气体分离分离的研究进展，特别讨论了其对二氧化碳和碳氢化合物的分离，并对金属有机膜材料当前存在的问题和挑战提出解决策略。本书共10章，具体内容如下：

第1章 金属有机框架的历史和结构特性

本章首先回顾了金属有机框架的发展历程，并强调了因Yaghi教授开发的MOF-5材料具备超高的比表面积而引发近年来对金属有机框架的研究热潮，着重介绍了金属有机框架具备高孔隙率、可调节孔径和大比表面积的结构特点。本章最后介绍了MOF材料的合成方法和表征技术（X-射线粉末衍射、氮气吸附/脱附测试、热重和扫描电镜）。

第2章 金属有机框架上的吸附

本章主要介绍了金属有机框架作为吸附剂的表征方法以及提高吸附效率的有效策略，并综述了MOF材料在二氧化碳、稀有气体和碳氢化合物吸附方向的研究进展。

第3章 金属有机框架膜作为气体分离的理想材料

本章通过BET表面积和孔径这两个吸附参数总结了MOF材料在吸附方向的研究进展，强调了MOF用于气体分离的基本原理，本章最后进一步介绍了将MOF加工成膜材料用于气体分离的优势。

第4章 基于膜材料的气体分离

本章首先介绍了膜材料用于气体分离的评价指标（渗透率和选择性），并着重阐述了MOF膜用于气体分离的扩散原理，最后介绍了气体分离性能测试的具体方法和装置。

第5章 膜分离气体分子的相关性

本章介绍了工业生产中用于气体分离的几种技术，包括蒸馏、变压吸附、贫油吸收和膜技术，并通过能源利用率和经济性的角度对比了膜分离与其它技术的优缺点。

第6章 金属有机框架膜用于二氧化碳的分离

本章介绍了MOF膜的制备方法，并且比较了各种不同MOF膜和沸石对二氧化碳的吸附性能，本章最后总结了MOF膜从烟道气、天然气和二氧化碳/氢气等混合气体中分离二氧化碳的研究进展。

第7章 金属有机框架膜用于碳氢化合物的分离

本章主要总结了MOF膜特别是ZIF-8膜用于碳氢化合物、二氧化碳和稀有气体的分离。

第8章 金属有机框架膜用于氙的捕获

本章首先强调了分离氙的必要性，随后介绍了目前用于分离氙的传统方法及其存在的问题，从而引出发展MOF膜用于氙分离的必要性和可行性，本章最后总结了ZIF-8膜从氪/氙混合物以及空气中分离氙的研究进展。

第9章 基于金属有机框架的混合基质膜用于气体分离

混合基质膜是一种结合了有机聚合物和无机填料的先进膜材料，旨在提升分离性能。本章首先介绍了基于MOF的混合基质膜的制备和表征，紧接着详细阐述了MOF混合基质膜用于气体分离的理论模型和吸附性能。

第10章 金属有机框架的稳定性、挑战和展望

本章首先指出MOF材料存在的稳定性问题，并指出可以通过调节金属配位键的强度和连接单元的功能性，合成多壁和互穿的框架结构以及后修饰的策略提高材料的稳定性。本章最后从实际应用的角度提出MOF膜材料依然存在可再生性、放大、膜缺陷和功能化等一系列挑战。

三、编写特点

本书的编撰特点体现在以下几个方面：（1）文献翔实有时效性，参考价值高；（2）内容针对性强，主要聚焦于MOF膜在气体分离方向的研究工作，强调了MOF材料的结构特性和分离性能，突出了工程应用领域成本核算和稳定放大的实际挑战。美中不足的地方在于内容编排上稍有交叉重复。总体来说，这本书对于工程领域从事吸附分离的研究人员有较高的参考价值。

本馆馆藏索书号：TQ028.8/C314，馆藏地：华南理工大学-五山校区-外文图书区