一种新型铬基金属有机骨架材料的合成及其吸附性能

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金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)是一族新兴的微孔/中孔材料,MIL-101是其中一种,因其巨大的比表面积,在吸附分离、气体捕获贮存等领域有着广阔的应用前景。然而由于存在产品收率低和高吸湿性等问题,MIL-101的应用受到了限制,本文工作正是针对这两个问题而展开的。本文提出采用添加助剂的方法对MIL-101晶体的合成工艺进行改进。分别研究了助剂的种类和添加量对MIL-101晶体的晶形、表面形貌、孔隙结构和产率的影响。结果表明:助剂的种类和添加量对MIL-101晶体的合成均有较大影响,通过采取新的合成工艺,MIL-101晶体中铬的转化率最高可达69.7%,这一结果高于传统工艺20个百分点。收率的提高节约了资源能源、减低成本,为进一步推进MIL-101的应用提供了技术支撑。本文设计并采用水热合成法合成了一种新型铬基MOFs材料,即SCUT-1,探索了应用微波辅助合成法合成该材料的可行性,并研究了合成条件对晶体合成的影响。结果表明:水热条件下,晶体合成的最优条件为:Cr(NO339H2O与H2NDC的摩尔比为1:1,在210℃下反应10h;与微波条件下得到的晶体相比,采用水热合成法得到的晶体结晶度较好,晶体形貌较为规整,且有较大的比表面积和孔容。本文研究了水在MIL-101和SCUT-1晶体颗粒上的吸附相平衡和动力学。采用重量法测定了水的吸附等温线和动力学曲线。结果表明:在相同的温度下,SCUT-1-HS对水的吸附容量约为MIL-101对水吸附容量的四分之一,表明SCUT-1的憎水性较MIL-101明显提高。本文研究了乙酸乙酯在MIL-101和SCUT-1晶体颗粒上的吸附相平衡和动力学。结果表明:MIL-101对乙酸乙酯的吸附容量高达10.5mmol/g(288K和54mbar下),SCUT-1对乙酸乙酯的吸附容量较MIL-101小;乙酸乙酯在MIL-101和SCUT-1晶体颗粒上的等量吸附热均随着吸附量的增大而略有增大;乙酸乙酯在SCUT-1晶体颗粒上的扩散系数略大于在MIL-101晶体颗粒上的扩散系数,两者均在10-10cm2/s范围内。
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