MOFs材料上的吸附與分離性能：案例研究.pdf

1、由金屬離子和有機配體連接形成的金屬有機骨架材料(MOFs)具有高比表面積、高孔隙率和孔體積、孔徑可調(diào)、易于化學修飾等性質(zhì)，在氣體儲存和分離、藥物傳遞、催化和化學傳感器等方面展示了應用前景。本論文主要從以下幾個方面展開對MOFs材料吸附與分離性能的研究:
　　1.參照文獻，采用水熱法制備了金屬有機骨架材料MIL-101(Cr)，經(jīng)過乙醇和NH4F溶液兩步活化，其BET比表面積達到3903 m2·g-1，孔容為1.85 cm3·g-1

2、。在穿透實驗中，為防止出現(xiàn)較大的壓力降，需要將吸附劑在一定壓力下壓制成片。結(jié)果表明，2 MPa壓片后吸附劑的晶體結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生較大改變，但XRD峰強度有所降低，BET比表面積為3184 m2·g-1，孔容為1.51 cm3·g-1。利用體積法測量了CO2、 CH4、C3H6和C3H8在MIL-101上的吸附等溫線，CO2的吸附量遠遠高于CH4，C3H6的吸附量高于C3H8。Langmuir模型聯(lián)合擬合方法很好地描述了各種吸附質(zhì)在MIL-1

3、01上的吸附行為，獲得了體系的吸附熱力學參數(shù)，如吸附平衡常數(shù)、吸附焓變等?；诟鞣N吸附質(zhì)在MIL-101(Cr)上吸附強度的差異，利用穿透柱技術(shù)，研究了雙組分混合氣體(50∶50)的吸附分離性能。結(jié)果表明，MIL-101(Cr)對CO2/CH4混合氣以及C3H6/C3H8混合氣體表現(xiàn)出良好的分離性能。利用單組分吸附等溫線，應用理想吸附溶液(IAS)理論預測了雙組分混合氣在MIL-101(Cr)上的吸附行為，預測結(jié)果和穿透實驗結(jié)果基本相符

4、:壓力相同時，對CO2的選擇性隨著溫度的升高而降低，而對C3H6的選擇性隨溫度升高變化較小;溫度相同時，對CO2的選擇性隨著壓力的升高而升高，而對C3H6的選擇性隨著壓力的升高變化較小。
　　2.合成了金屬有機骨架材料CPO-27-Ni，通過熱處理可除去結(jié)構(gòu)中殘存的溶劑，生成擁有直徑為1.1-1.2 nm一維孔道的蜂窩狀結(jié)構(gòu)和高濃度配位不飽和金屬位的Ni2(dhtp)。合成的CPO-27-Ni的BET比表面積為820 m2·g-1

5、，孔容為0.41 cm3·g-1，與文獻報道接近。2 MPa壓片后吸附劑的BET比表面積為733 m2·g-1，孔容為0.36 cm3·g-1。利用體積法測量了CO2、 CH4、C3H6和C3H8在CPO-27-Ni上的吸附等溫線，CO2的吸附量高于CH4，C3H6的吸附量高于C3H8。Langmuir模型聯(lián)合擬合方法很好地描述了CH4在CPO-27-Ni上的吸附行為，而雙位Langmuir模型聯(lián)合擬合方法能夠很好地描述CO2、 C3H

6、6和C3H8在CPO-27-Ni上的吸附行為，獲得了體系的吸附熱力學參數(shù)，如吸附平衡常數(shù)、吸附焓變等?；贑PO-27-Ni中的路易斯酸性位Ni2+與CO2和C3H6能產(chǎn)生更強的吸附作用，研究了雙組分混合氣體(50∶50)的吸附性能。結(jié)果表明，CPO-27-Ni對CO2/CH4混合氣以及C3H6/C3H8混合氣體表現(xiàn)出良好的分離性能。利用單組分吸附等溫線，應用IAS理論預測了雙組分混合氣在CPO-27-Ni上的吸附行為，預測結(jié)果和實驗結(jié)