Cu-BTC-Cr-BTC金屬有機(jī)骨架材料合成及穩(wěn)定性研究.pdf

1、煤層氣作為一種高效清潔能源，近年來(lái)受到各國(guó)政府的不斷重視。美國(guó)、澳大利亞均已展開(kāi)相關(guān)工作，并取得了重大成績(jī)。我國(guó)政府一直重視煤層氣的開(kāi)發(fā)利用，但由于特殊的國(guó)情，導(dǎo)致大量低濃度煤層氣直接排放。這不僅造成了巨大的資源浪費(fèi)，還造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，低濃度煤層氣的有效利用是我國(guó)煤層氣發(fā)展的重要課題。而低濃度煤層氣的利用問(wèn)題中，脫氧是關(guān)鍵因素。MOFs作為一種極具潛質(zhì)的多孔材料，在這方面已表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)。然而，MOFs材料受水分子的影響極

2、大，如何解決這一問(wèn)題成為科研界的重要議題。
　　本文選擇了被廣泛研究的M-BTC系列材料作為研究對(duì)象，采用溶劑熱合成法，在不同條件下合成了Cu-BTC、Cr-BTC樣品，并在后續(xù)的試驗(yàn)中詳細(xì)考察了反應(yīng)時(shí)間、合成溫度、物料配比等各個(gè)因素對(duì)樣品合成的影響，得到了最佳的反應(yīng)條件。并且采用粉末X射線衍射儀(PXRD)、N2吸附等方法分析了樣品的結(jié)構(gòu)、性能和穩(wěn)定性。主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論包括以下幾個(gè)方面：
　?。?）金屬有機(jī)骨架化合物C

3、r-BTC的最佳合成條件為：Cr(CO)6，1.09 g（5 mmol）；1，3，5-苯三酸，0.623 g(3 mmol)；氮氮二甲基甲酰胺，50 ml；加熱溫度393 K，反應(yīng)時(shí)間48 h。
　　（2）研究了Cr-BTC的氧氣吸脫附性能。Cr-BTC經(jīng)過(guò)多次吸脫附氧氣后，仍能保持吸氧能力，但其吸氧量發(fā)生了一定的改變。溫度對(duì)Cr-BTC吸氧性能影響不大，只有在較高溫度下，吸氧性能才會(huì)有所降低。Cr-BTC脫氧主要由壓力及溫度影響

4、。氧氣在較高壓力下很難脫附，當(dāng)壓力達(dá)到約0.05 bar時(shí)，氧氣開(kāi)始被脫附下來(lái)。脫氧速率整體隨溫度的上升而提高，并且，氧氣的脫附速率隨時(shí)間增加而不斷降低。
　?。?）以Cu-BTC和Cr-BTC為研究對(duì)象，系統(tǒng)地考察了材料在氧氣環(huán)境下、水蒸氣環(huán)境下、O2-H2O環(huán)境下的穩(wěn)定性問(wèn)題。在氧氣環(huán)境下，Cu-BTC和Cr-BTC的結(jié)構(gòu)均有所破壞。在水蒸氣環(huán)境下，Cu-BTC和Cr-BTC結(jié)構(gòu)的破壞程度要高于氧氣環(huán)境下的情況。在O2-H2O

5、環(huán)境下，Cr-BTC與Cu-BTC的比表面積均發(fā)生了劇烈的變化。O2-H2O環(huán)境是本論文三種環(huán)境中對(duì)材料穩(wěn)定性影響最大的環(huán)境。
　　（4）有機(jī)分子不同的官能團(tuán)、不同的碳原子數(shù)對(duì)Cr-BTC的穩(wěn)定性影響不同。當(dāng)有機(jī)分子含有相同官能團(tuán)時(shí)，最終產(chǎn)物的穩(wěn)定性隨碳原子數(shù)的增加而增加，當(dāng)達(dá)到三個(gè)碳原子時(shí)，穩(wěn)定性最高；當(dāng)碳原子數(shù)不同時(shí)，官能團(tuán)的不同會(huì)影響最終產(chǎn)物的穩(wěn)定性：溴代物穩(wěn)定性最高，其次為胺，再次為醇。當(dāng)具有兩種相同的官能團(tuán)時(shí)，Cr-BT