氣相色譜填料MnCl2@MOFs@γ-Al2O3的制備及其對(duì)H2-D2的分離性質(zhì)研究.pdf

1、氣相色譜法作為一種成熟的分離分析方法在氫同位素H2/D2的分離研究上取得了一定的進(jìn)展。分離材料是氣相色譜法分離氫同位素H2/D2的關(guān)鍵，研究表明金屬-有機(jī)骨架化合物(MOFs)在液氮溫度下對(duì)H2/D2具有很高的選擇分離性。本文選擇對(duì)氫同位素H2/D2具有良好量子篩分效應(yīng)的MOFs作為研究對(duì)象，通過化學(xué)方法將MOFs負(fù)載到同樣對(duì)氫同位素H2/D2具有分離選擇性的γ-Al2O3(80-100目)上，得到MOFs@γ-Al2O3復(fù)合材料，然后

2、用過渡金屬鹽MnCl2對(duì)MOFs@γ-Al2O3進(jìn)行改性，得到MnCl2@MOFs@γ-Al2O3復(fù)合材料。將合成的復(fù)合材料用作氣相色譜填料對(duì)氫同位素H2/D2的分離性能進(jìn)行了研究。本論文的主要研究成果如下:
　　(1)色譜填料的制備及表征:分別采用原位生長(zhǎng)法和層層自組裝法成功將MOFs化合物CPL-1和Ni-MOF-74負(fù)載到80-100目的γ-Al2O3上，得到CPL-1@γ-Al2O3和Ni-MOF-74@γ-Al2O3復(fù)合

3、材料，然后通過浸漬法，用過渡金屬鹽MnCl2對(duì)其進(jìn)行改性，得到MnCl2@CPL-1@γ-Al2O3和MnCl2@Ni-MOF-74@γ-Al2O3復(fù)合材料。通過IR、XRD、SEM、EDS、TGA及N2吸脫附等溫線等表征手段對(duì)合成的復(fù)合材料進(jìn)行了表征。
　　(2)色譜填料在77 K下對(duì)H2/D2混合氣體的分離性能研究:分別將CPL-1@γ-Al2O3、Ni-MOF-74@γ-Al2O3、MnCl2@CPL-1@γ-Al2O3和M

4、nCl2@Ni-MOF-74@γ-Al2O3復(fù)合材料用作氣相色譜固定相，在檢測(cè)器溫度100℃，橋電流160 mA，進(jìn)樣量50μL和柱溫77 K的色譜條件下對(duì)H2/D2混合物進(jìn)行分離研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CPL-1@γ-Al2O3、Ni-MOF-74@γ-Al2O3可實(shí)現(xiàn)H2/D2混合物的完全分離，其最佳分離度R分別可達(dá)1.8和1.9以上，大于γ-Al2O3和MnCl2@γ-Al2O3的分離度，但是CPL-1@γ-Al2O3和Ni-MOF-

5、74@γ-Al2O3復(fù)合材料作色譜填料得到的色譜峰保留時(shí)間長(zhǎng)并且拖尾現(xiàn)象嚴(yán)重，影響H2/D2定量分析。以MnCl2修飾的MnCl2@CPL-1@γ-Al2O3和MnCl2@Ni-MOF-74@γ-Al2O3復(fù)合材料作為色譜固定相，有效解決了色譜峰保留時(shí)間長(zhǎng)和拖尾現(xiàn)象。系統(tǒng)研究了MnCl2負(fù)載量和載氣流速對(duì)H2/D2分離性能的影響。結(jié)果表明，在最佳分離條件下，MnCl2@CPL-1@γ-Al2O3和MnCl2@Ni-MOF-74@γ-Al