金属有机骨架(MIL-53)/4A沸石复合材料的制备及其吸附性能的研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:roytseng
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沸石作为无机多孔材料,其吸附性能高、稳定性和化学可修饰性好,因此应用领域极为广泛,可用于气体吸附、催化剂及环保等多方面,是一种非常重要的材料。A型沸石因为其具有简单的凝胶组成,整齐的拓扑结构,极快的晶化速度,现已成为一种研究过程中的常用沸石。而4A沸石是最具代表性的A型沸石,其孔腔大小约为0.4 nm,是一种不溶性的铝硅酸钠结构。金属有机骨架材料(Metal-OrganicFrameworks),简称MOFs,是一种多孔材料,通过有机配体与金属离子或者金属团簇以自组装的方式形成一维到三维的网络结构,并成为近20年来的研究热点。金属有机骨架材料的比表面积及孔体积比传统的多孔材料沸石大,因此其作为吸附剂很有应用潜力。MIL-53是一种典型的三维骨架结构的MOFs材料,通过三价金属铝、铁、铬与对苯二甲酸的竣基自组装而形成,是一种典型的MOFs材料。MIL-53会在吸附时自主调节孔道形状和尺寸,在大孔和小孔之间转变,正是因为这种特性,所以MIL-53对一些纯组分具有较强的吸附能力。近年来,复合型多孔材料的制备是材料领域新的焦点问题,例如复合型分子筛材料,它是由两种及两种以上的分子筛共同结晶形成,比较典型的有β/Y型及A/X型复合沸石。除此之外,沸石材料也可以通过结合其他材料的优点来进一步增加材料的吸附、分离等性能,如沸石材料结合有机高分子材料、活性炭材料及金属纳米颗粒材料,这些复合材料已成为人们的研究热点。而沸石分子筛与金属有机骨架材料复合制备方面的研究甚少。4A沸石是一种低硅铝比的多孔材料,其中三价铝可作为金属位点与对苯二甲酸的羧基进行自组装形成MIL-53的结构,从而得到MIL-53/4A沸石的复合材料。复合多孔材料拥有多重结构,具备叠加功能,能够在吸附中发挥协同作用,因而能够弥补单一孔结构的不足。本文通过最经典的水热合成法制备了 4A沸石分子筛,在沸石分子筛上制备了金属有机骨架(MIL-53)/4A沸石复合材料,并对原材料比例、晶化时间、晶化温度对其结构的影响进行了研究,获得了最佳的工艺条件,即4A与对苯二甲酸摩尔比例为0.8:1,晶化时间为10小时,晶化温度为443 K。随后利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、氮气吸附对该复合材料进行表征,并检测该材料的水稳定性及其吸附二氯甲烷的性能。结果表明该复合材料具有微孔的孔道结构特征,其对二氯甲烷的吸附性能较4A沸石提高了 27%且具有很好的水稳定性。
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