正丁烷（n-C4H10）和异丁烷（i-C4H10）都是石化工业中生产高价值产品的重要原料[1]。作为异构体，它们具有相似的物理和化学性质，如极化率（82.0 vs 81.4-82.9 ×10-25 cm3）和沸点（272.6 vs 261.4 K）[2], [3]。这使得分离正丁烷/异丁烷混合物成为其生产过程中不可或缺的步骤，但极具挑战性。传统的蒸馏和吸附方法能耗高且设备投资大[4], [5]。相比之下，基于膜的分离技术作为一种非常有前景的替代方案，具有节能、低碳排放和高过程集成性的特点[6], [7], [8]。
膜材料是膜分离技术的关键组成部分。聚合物材料是最广泛研究的气体分离膜材料，具有良好的分离性能和低成本，但渗透性与选择性的权衡以及膜的降解/塑性限制了其大规模应用[9], [10]。相比之下，多晶筛分膜由于具有高分离效率和良好的结构稳定性，成为工业上分离正丁烷/异丁烷的理想选择[11], [12]。金属有机框架（MOFs）凭借其可定制的孔结构和特定的功能，成为此类分离过程中最具代表性的多晶膜候选材料之一[13], [14]。尽管MOF膜在氢气纯化[15], [16]、二氧化碳分离[17]和烯烃/烷烃分离[19], [20]方面取得了显著进展，但在丁烷异构体分离方面的研究仍处于早期阶段，具有重要的实际和理论意义。
沸石咪唑框架-71（ZIF-71）由Zn2+离子和4,5-二氯咪唑（dcIm）配体构成，具有RHO拓扑结构，主孔径约为0.48纳米，使其成为精确分离正丁烷/异丁烷混合物的理想候选材料（动力学直径：0.47纳米 vs 0.53纳米）[21], [22], [23]。然而，ZIF-71晶体在溶液中的无控制成核和生长动力学给在多孔基底上制备致密ZIF-71膜带来了重大挑战[24], [25]，这也是目前关于这种MOF膜的研究报道较少的原因。在已报道的成功案例中，ZIF-71膜的合成方法（如逆扩散[26]、反应性种子诱导[27]和超临界乙醇处理[28]）通常涉及复杂的制备过程，并且膜厚度达到微米级别，这些因素限制了分离性能。
金属前驱体诱导法已被广泛用于制备致密的锌基MOF膜（例如ZIF-8膜）。预涂层的锌前驱体作为金属源和成核位点，指导MOF膜的生长，增强膜与基底之间的粘附性或减少膜厚度[29], [30]。这为使用锌前驱体制备ZIF-71膜提供了参考。在这种策略中，金属前驱体层的质量对膜制备至关重要。与传统涂层技术（如浸涂和水热沉积）相比，真空蒸发涂层（VEC）技术具有多个优势：可以方便调节金属前驱体的厚度、形成均匀的膜，并且由于不需要化学溶剂而环保[31]。这些因素对于制备高质量MOF膜至关重要。因此，需要探索这项技术在连续MOF膜制备中的应用。
在本研究中，通过简单的ZnO自转化方法和VEC技术的辅助，在阳极氧化铝（AAO）盘上制备了连续的ZIF-71膜，如图1所示。引入的ZnO颗粒同时作为锌源和膜在基底上的生长点，有效抑制了溶液中的随机晶体成核。在优化条件下，制备出了厚度低于400纳米的薄ZIF-71膜。这些膜具有合适的孔径，并对正丁烷（n-C4H10）具有优先吸附性，表现出优异的正丁烷/异丁烷分离因子（23.5）。在各种测试条件下，分离性能保持相对稳定，证明了所制备膜的实际应用潜力。
