三唑类金属有机框架材料的合成及性质的研究

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金属有机框架(MOFs)是一种有机-无机杂化材料。由于其具有较高的比表面积、可调的孔尺寸及结构等特点,使其在包括有机染料吸附在内的众多领域有广泛应用。经研究发现金属有机框架吸附有机染料和重金属阴离子是通过离子交换、静电作用等原理。因此,本论文主要围绕配体的设计与制备,金属有机框架的合成及其在染料吸附和重金属阴离子吸附方面展开研究工作。本文设计合成了七种新型三唑类配体。选取双(1,2,4-三唑)-吡啶配体通过水热法与铜盐合成5种结构较好的高维配合物M1-M5。选取4-(5-羧基-3-吡啶)-1,2,4-三唑及4-(2,6-二羧基-4-吡啶)-1,2,4-三唑配体与不同金属盐合成5种配合物,其中仅硝酸锌和4-(5-羧基-3-吡啶)-1,2,4-三唑在以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂的条件下生成二维M7。M6和M8-M10结构均为零维。其中M3和M4是由高氯酸铜与双(1,2,4-三唑)-吡啶合成的,具有三维多孔结构。根据电荷平衡原理,孔洞中都含有高氯酸根阴离子。唯一区别在于M3反应体系里加入草酸,可能降低了铜离子浓度或反应体系p H值,致使M3吡啶环上的氮原子未参与配位,M4吡啶环上的氮原子参与配位。通过M3和M4对刚果红、甲基橙、罗丹明B、亚甲基蓝、高锰酸钾、重铬酸钾吸附能力的研究发现:M3有快速吸附刚果红和重铬酸根的能力,M4有快速吸附刚果红、高锰酸根和重铬酸根的能力。吸附10 min,M3对刚果红的吸附量为10 mg/g。吸附15 min,M4对刚果红的吸附量为10 mg/g。吸附3 min,M4对高锰酸钾吸附量为25 mg/g,M3和M4对重铬酸钾吸附量均为25 mg/g。并且这两种配合物对甲基橙吸附较好,对亚甲基蓝、罗丹明B的吸附能力差。可能原因是:M3和M4属于阳离子型金属有机框架,孔洞中的高氯酸根阴离子与阴离子染料和重金属阴离子发生离子交换。因此M3和M4在吸附水中的刚果红等阴离子染料以及重铬酸根等重金属阴离子方面存在潜在的应用价值。
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