對煤層氣（甲烷）有選擇性吸附材料的制備及其吸附性能研究.pdf

1、甲烷是所有含碳燃料中熱值最高、二氧化碳排量最小的潔凈燃料。作為天然氣、煤層氣、沼氣的主要成分，甲烷的使用年限大于石油，可在很大程度上緩解石油危機(jī)。但和其它燃?xì)饽茉匆粯?，甲烷的儲存和運(yùn)輸是制約其進(jìn)行更廣范圍商業(yè)化利用的一道屏障。燃?xì)獾奈絻Υ媸峭黄七@一屏障最有希望的途徑，而新型儲存用吸附劑的開發(fā)是這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵。金屬-有機(jī)骨架(MOFs，metal-organic frameworks)是近十余年來研究比較活躍的一種利用金屬和多齒有機(jī)配體

2、合成的具有特殊孔道結(jié)構(gòu)的類沸石骨架材料，其孔道、孔徑的大小變化可通過改變有機(jī)配體或者有機(jī)配體的支鏈來控制和實(shí)現(xiàn)。由于其具有高多孔性且比表面積遠(yuǎn)大于相似孔道的沸石分子篩，使得其在擇形及手性催化、吸附分離、氣體儲存、分子識別、光電性能、傳感器、生物模擬、微反應(yīng)器、醫(yī)學(xué)診療等方面擁有誘人的應(yīng)用潛力，也使得其有可能成為甲烷純化分離用吸附劑及甲烷或天然氣的吸附儲存劑。 本論文以對苯二甲酸和Zn(Ⅱ)為構(gòu)建分子，采用低溫水熱合成法合成了塊狀

3、(a)、片狀(b)和針狀(c)的MOF晶體。研究分析了構(gòu)建分子濃度、pH值、NH3·H2O用量、溫度及降溫速率對晶體形成影響規(guī)律。用紅外光譜法確認(rèn)了骨架中的有機(jī)官能團(tuán)；用粉末和單晶的X射線衍射分析法測定了MOF的晶體結(jié)構(gòu)，并確定其骨架的組成；用掃描電鏡(SEM)觀察了晶體的外觀和形貌；通過低溫氮吸附等溫線測定了其比表面積和孔徑分布；以熱重分析(TGA)和差熱分析(DTA)測定材料骨架的熱穩(wěn)定性。此外，還測定了晶體的溶解性能，并對塊狀晶體

4、(a)對甲烷氣體的脫附特性進(jìn)行了探索。 通過本論文研究發(fā)現(xiàn)，利用對苯二甲酸和Zn(Ⅱ)，在添加NH3·H2O的溶液中可以在低溫的環(huán)境中加熱4h制備出無色塊狀MOF(a)，無色片狀MOF(b)，無色針狀MOF(c)；制備液的pH值須保持在7-8之間，可保證對苯二甲酸以BDC2-為主要存在形式，有利于晶體的生成；溫度，特別是溫降速率是影響晶體的形成及形成晶體的形貌的重要因素。從100℃到40℃的連續(xù)降溫過程需要超過4h；熱重分析表明

5、塊狀MOF在加熱到469℃時(shí)保持骨架結(jié)構(gòu)不坍塌，表明其有好的熱穩(wěn)定性；溶解實(shí)驗(yàn)表明，合成的上述形貌的MOF均不溶于水、各種濃度的鹽酸和乙醇。但在pH值大于13的堿中有溶解現(xiàn)象；低溫氮吸附實(shí)驗(yàn)測定了晶體(a)的比表面積為1201.8008m2g-1，平均孔徑為32.3859，得到孔長度分布曲線和孔面積分布曲線;利用ASAP-2010儀器的樣品預(yù)處理系統(tǒng)提供的便利，建立了一種多孔固體脫附動力學(xué)常數(shù)測定的方法，拓寬了傳統(tǒng)儀器的功能。測定了常溫