用于甲苯吸附的MOFs材料的合成及性能研究

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金属有机框架材料(MOFs),是一类新型多孔材料。因其超大的比表面积、有序的孔洞、结构可调性使得这类材料在气体吸附、传感器、催化等领域具有巨大的应用前景。气体分子主要依靠与构成框架的原子之间的作用力如色散力和排斥力而被吸附在MOF的表面。诸多研究希望改变气体分子与框架间的作用力而提高气体吸附量,可通过将节点中的不饱和金属位点与多个框架连接,或者是在配体上引入不同官能团(包括植入金属阳离子)而实现。MOFs结构易调性,为设计具有特殊性质的MOFs提供了可能。本论文的主要工作归纳为以下工作:(1)以MIL-101为载体,采用过量浸渍法负载钯纳米颗粒得到Pd@MIL-101吸附剂。利用粉末X-射线衍射,比表面积和孔结构分析手段对Pd@MIL-101进行结构性质分析,发现负载钯后MIL-101的晶型没有发生变化,且仍保持着较大的比表面积和空隙。为了进一步测试Pd@MIL-101的吸附性能,选择甲苯作为吸附质。研究表明:随着钯负载量的增加,甲苯的吸附量呈现倒“U”状,在0.35%出现最大值1209mg/g。无论是零价(硝酸钯经氢气还原得到),还是二价Pd(负载氯化钯的材料未经氢气还原),对甲苯都有着较强的吸附强度。(2)以ZrCl4为金属盐,2,5-二甲基对苯二甲酸为配体,采用溶剂热法,合成了UiO-66-(CH32。UiO-66-(CH32的BET和Langmiur比表面积分别为802和884m2.g-1。将UiO-66-(CH32暴露在空气中或者浸泡在水,强碱或者强酸溶液后,PXRD数据显示其晶体结果没有发生变化。UiO-66-(CH32对VOCs物种如甲苯中的甲苯的吸附结果显示,在P/P0=0-1压力整个范围内,UiO-66的甲苯吸附量为243mg.g-1,虽然与MIL-101和Pd@MIL-101的甲苯平衡吸附量相比较低,但因为这两个材料耐强碱和强酸,所以仍然不失为良好的甲苯吸附材料。(3)以3,3’-二羟基-4,4’-二羧基联苯为配体,硝酸钴为金属盐,水热条件下合成了一个新型MOFs材料,利用粉末X-射线衍射、比表面积和和热重等分析手段对该材料进行性质和结构分析,结论如下:PXRD显示这种物质和Co-MOF-74-Ⅰ有着相同的拓扑结构,因此命名为Co-MOF-74-II;根据N2吸附曲线可得到,BET和Langmiur比表面积分别为1242和1627m2.g-1,氮气吸附量和比表面积与Co-MOF-74-Ⅰ相比有了显著的提高;该材料的热重曲线显示Co-MOF-74-Ⅱ在300℃以下可稳定存在。
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