金屬有機(jī)骨架膜界面?zhèn)髻|(zhì)特性的壓電傳感監(jiān)測(cè).pdf

1、金屬有機(jī)骨架(MOFs)材料是一種多孔晶體材料,由有機(jī)配體與過(guò)渡金屬配位連接起來(lái)而形成的三維框架結(jié)構(gòu)。近年來(lái),人們?cè)O(shè)計(jì)合成出了大量的MOFs,并且發(fā)現(xiàn)他們?cè)诖鎯?chǔ)氣體、物質(zhì)分離、催化、傳感器等方面具有很好的應(yīng)用前景。MOFs的籠狀結(jié)構(gòu)可以有選擇并高效地捕獲、儲(chǔ)存氣體,研究MOFs的吸附特性是一個(gè)很活躍的研究方向。
　　本論文采用具有納克檢測(cè)靈敏度的石英晶體微天平(QCM),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)兩種MOFs材料對(duì)幾種揮發(fā)性有機(jī)溶劑蒸氣的吸附過(guò)程,

2、主要研究?jī)?nèi)容如下。
　　1.金屬有機(jī)框架膜吸附特性的壓電傳感監(jiān)測(cè)方法研究
　　采用 Q C M傳感分析技術(shù),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)三氯甲烷在Cu(C24H22N4O3)·CH2Cl2(Cu-MOFs)薄膜中吸附與解吸過(guò)程中吸附量的動(dòng)態(tài)變化曲線。結(jié)果表明,該吸附過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,吸附等溫線符合 Langmuir模型。在三氯甲烷蒸氣壓與一個(gè)大氣壓N2存在條件下(25?C),三氯甲烷在Cu-MOFs薄膜(厚度為0.337?m)中吸附的平

3、衡常數(shù)分別為6.47與3.93 L/g,最大吸附量分別為27.2與24.7?g/cm2。在三氯甲烷蒸氣壓條件下的吸附速率常數(shù)為在一個(gè)大氣壓 N2環(huán)境中速率常數(shù)的1.4-2.1倍,半數(shù)以上的吸附量相對(duì)于氣相濃度稀釋呈現(xiàn)可逆吸附特征。
　　2.壓電傳感監(jiān)測(cè)金屬有機(jī)骨架膜界面吸附1,2-二氯乙烷
　　以QCM實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了Cu-MOFs吸附1,2-二氯乙烷(DCE)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程,該吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。隨DCE濃度增加,

4、準(zhǔn)二級(jí)吸附速率常數(shù)減小而初始吸附速率增加。當(dāng)稀釋氣相中DCE濃度時(shí),部分吸附態(tài)的DCE呈現(xiàn)不可逆吸附,總吸附等溫線符合Langmuir等溫線模型。與在DCE蒸氣壓條件下的吸附相比,在一個(gè)大氣壓N2存在下DCE的吸附速率常數(shù)、平衡常數(shù)和飽和吸附量都略微下降。在所用實(shí)驗(yàn)條件下,蒸汽壓條件下吸附速率是一個(gè)大氣壓 N2共存時(shí)的1.2-1.8倍。增加Cu-MOFs膜的厚度,吸附速率常數(shù)和單位質(zhì)量吸附量下降。在25°C及DCE的蒸氣壓下,厚度為0.

5、169,0.564和1.12μm的Cu-MOFs膜對(duì)DCE的吸附平衡常數(shù)分別是716.5,695.5和649.2 L/mol,飽和吸附量分別是6.537,5.742和5.193 mmol/g。隨溫度升高,吸附速率常數(shù)增加,DCE在Cu-MOFs膜中的吸附量和吸附平衡常數(shù)減小。
　　3. ZIF-8成膜過(guò)程及吸附二氯甲烷與正己烷的壓電傳感監(jiān)測(cè)
　　采用溶液配位自組裝法在 Q C M表面生長(zhǎng)由 Zn(NO3)2和二甲基咪唑的配位

6、形成的MOFs膜(ZIF-8),以QCM監(jiān)測(cè)ZIF-8膜的成膜動(dòng)力學(xué)過(guò)程以及正己烷和二氯甲烷(DCM)在膜上的吸附過(guò)程,并討論了溶劑及濃度對(duì)成膜過(guò)程和膜的吸附性能影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,ZIF-8的成膜速率隨成膜時(shí)間的延遲而衰減,在甲醇介質(zhì)中起始速率最大同時(shí)衰減也最快,在水相成膜時(shí),起始成膜速率較甲醇、乙醇略低,但膜的生長(zhǎng)期更長(zhǎng)。用甲醇作溶劑生長(zhǎng)膜的吸附正己烷和DCM的性能優(yōu)于在乙醇或水中生長(zhǎng)的ZIF-8膜。在所用實(shí)驗(yàn)條件下,ZIF-8膜對(duì)