1. 研究目的与意义
金属有机骨架材料（mofs）是近十年来发展迅速的一种配位聚合物，具有三维的孔结构，一般以金属离子为连接点，有机配体位支撑构成空间3d延伸，是继沸石和碳纳米管之外的又一类重要的新型多孔材料，在催化、储能和分离中都有广泛应用。
作为一种新型的生物质基材料，纳米纤维素（cellulose nanofibers）近年来受到了广泛关注。
纳米纤维素被定义为至少一维尺寸达到1-100 nm，并可以在水中分散形成稳定悬浮液的纤维素晶体。
2. 国内外研究现状分析
纳米纤维薄膜是由纳米纤维素或者纳米纤维复合物制备的薄膜，常用的有过滤、浇铸和浸渍等方法。过滤是制备纳米纤维纸最简单、易于大批量生产的方法。主要原理是通过重为或者真空抽吸力将溶剂从纳米纤维素溶液中分离出来,然后把得到的蛋糕状的纤维凝胶在一定温度、压力下干燥,最后得到纳米纤维纸。常用的过滤设备有漏斗和秒纸机。另一种常用的制备方法是浇铸，即把纳米纤维素溶液紹铸在具有一定形状的容器内，溶剂蒸发完全后便得到纳米纤维膜。这种方法的优点是操作简单,缺点是干燥时间太长。除了过滤和浇铸外，浸渍也是制备纳米纤维复合物膜的方法，将纸在加压情况下浸溃在各种透明树脂或者溶液中可制得各种透明纳米纤维膜。由于纳米纤维素的纳米尺寸，它脱水后形成近乎光学透明的薄膜，且韧性大，可折叠弯曲；它的热膨胀系数低，热稳定性好，透光性佳，在可折叠随意弯曲的穿戴电子设备柔性显示、OLED 基板、太阳能电池能量存储上有很好的应用。
由于石油基衍生物不可再生和不可生物降解，新型的生物基薄膜材料的需求不断成长。纤维素是地球上最丰富的物质，平均每年产量约7000亿吨。它可以从木材，棉花，大麻等植物基材料中提取，也可以由被囊和微生物合成。纤维素具有良好的可再生性、生物相容性、可生物降解性和低毒性，因此是可替代石油基原料之一。纤维素膜可以作为生物基阻隔膜，是由于纤维素分子之间形成充足的氢键，使得膜自由体积变小，在食品包装和气体分离方面具有潜在的应用价值[4]。Yang等人发现由碱/尿素水溶液（AUC）制备的再生纤维素膜在干燥条件下表现出非常高的氧气阻隔性能，氧气透过率达到0.003至0.03ml μm m-2 day-1 KPa-1，优于用作阻氧剂的常规玻璃纸和合成聚合物膜。Fukuzumi等将TEMPO氧化过后的纤维素纤维涂覆在聚乳酸薄膜后，聚乳酸薄膜的氧气透过量下降为原来的1/750。Zhang等人将长纤纳米纤维素来制备纳米纤维素（CNF）薄膜，通过精细控制蒸发速率来控制CNF薄膜的表面及均匀性，从而控制气体分离性能，这是由于纤维素内和纤维间氢键形成的致密结构有助于气体分离。其中H2 /N2和H2/O2选择性分别为159.4和218.2。本研究将纳米纤维素和MOFs两种热门材料相结合，借助涂覆、抽滤及真空干燥等手段制备具有优良气体分离性能的膜材料。
3. 研究的基本内容与计划
主要研究内容：1）采用tempo氧化法制备长径比适中、分散均匀的纳米纤维素溶液，在此基础上进行化学改性；2）借助涂覆、抽滤及真空干燥等手段制备纳米纤维素薄膜，并将mofs功能材料引入该体系形成复合材料；3）搭建气体分离测定装置测试复合材料对于h2、n2、o2和co2的分离性能，并测定膜材料的基础性能参数（机械强度、光学性能等）。
材料制备：
cnf uio-66-nh2成膜
4. 研究创新点
本项目的特色与创新之处在于联合纳米纤维素和MOFs材料的优良性能，制备气体分离膜。
创新点在于：1）精确调控纳米纤维素与MOFs的比例，防止MOFs材料的团聚；2）在纳米纤维素和MOFs材料中引入合适的官能团，提高MOFs材料负载的稳定性；3）选取合适的MOFs材料实现气体的选择性分离，构建载体传输膜。
