【摘 要】
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挥发性有机化合物(VOCs)是一类典型的化学污染物。当前,生产、生活中VOCs的大量排放给生态环境和人体健康带来严重危害,成为大气污染治理领域关注的热点。众多VOCs控制技术中,吸附法由于节能、高效、工艺成熟已在工业上广泛应用。吸附剂的类型和性质是吸附技术的关键。近年来新兴的金属有机骨架材料(MOFs)比表面积大、孔隙结构丰富且易于功能化,是一种有潜力的VOCs吸附剂。然而,多数MOFs含有重金属
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挥发性有机化合物(VOCs)是一类典型的化学污染物。当前,生产、生活中VOCs的大量排放给生态环境和人体健康带来严重危害,成为大气污染治理领域关注的热点。众多VOCs控制技术中,吸附法由于节能、高效、工艺成熟已在工业上广泛应用。吸附剂的类型和性质是吸附技术的关键。近年来新兴的金属有机骨架材料(MOFs)比表面积大、孔隙结构丰富且易于功能化,是一种有潜力的VOCs吸附剂。然而,多数MOFs含有重金属离子,不适合大规模应用。此外,这些材料往往表现出很强的亲水性,实际条件下水分子的竞争吸附导致其VOCs吸附能力下降。因此,本文以环境友好的铝为金属中心合成了MIL-53-Al,并对其进行疏水改性。选择丙酮为目标VOC,系统探究了材料的丙酮吸附性能。具体研究内容如下:(1)以AlCl3·6H2O为金属盐,通过溶剂热法合成了MIL-53-Al,并探究了反应温度、反应时间、原料配比以及焙烧活化对材料结构和性能的影响。结果表明,反应温度和原料配比对MIL-53-Al的比表面积和丙酮吸附量有较大影响。MIL-53-Al和H2BDC以1:1的摩尔比,在200°C下反应48 h,得到的样品具有最高的丙酮吸附量,为178.38 mg/g,且无需进一步焙烧活化。(2)以正十二烷基磷酸、N-四癸基磷酸和正十八烷基磷酸为改性试剂,通过自组装法对MIL-53-Al进行接枝改性,构筑了疏水Al-MOF。结果表明,改性后MIL-53-Al的骨架结构完整保留,且疏水性明显增强。但是接枝导致了极性吸附位点的减少和部分孔隙的堵塞,材料的丙酮吸附量降低。其中,N-四癸基磷酸由于碳链长度适中,接枝量较大,其改性样品综合性能最好:75%RH下的吸水量较MIL-53-Al下降了72.55%,同时90%RH时的丙酮吸附量提高了102.98%。(3)以聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯基甲基硅氧烷(PPMS)和聚三氟丙基甲基硅氧烷(PTFPMS)为改性试剂,通过溶剂挥发法对MIL-53-Al进行包覆改性,在改善疏水性的同时维持了材料的吸附性能。对比分析改性后各样品的丙酮吸附量和吸水量,确定PTFPMS为最佳改性试剂。结果表明,包覆PTFPMS完好保留了原始MOF的晶体特征,并且对孔隙结构和极性位点的影响较小,样品的丙酮吸附量达到162.49 mg/g。此外,材料的疏水性增强,90%RH时对丙酮的吸附量提高了138.82%。
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