论文部分内容阅读
沸石咪唑酯骨架结构(ZIFs)材料作为一类新型金属有机骨架(MOFs)材料,不仅具有MOFs材料的高比表面积、结构和功能的可调性等特点,而且具有更好的热和化学稳定性,特别是能在水中稳定存在。因此,ZIFs材料在气体存储、吸附分离等领域呈现出巨大的应用前景。本论文致力于不同拓扑结构的ZIF-67、ZIF-69材料的合成、表征及吸附性能研究。主要研究内容与结论如下:(1)采用常规溶剂法,在室温下,以Co2+和2-甲基咪唑(m Im)为原料制备ZIF-67晶体材料。通过单一变量法,考察钴盐的选择、Co2+与mIm的摩尔比、加料顺序对ZIF-67晶体形貌的影响。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TG)对材料进行表征。实验得到的ZIF-67的优化合成条件为:Co(NO3)2·6H2O与mIm的摩尔比为1:8,原料同时溶解于甲醇中,所合成的ZIF-67晶体为规整的菱形十二面体,且颗粒粒度分布均匀,直径约为200 nm。(2)通过静态吸附过程研究了ZIF-67对苯酚的液相吸附性能,并运用Langmuir吸附等温方程对苯酚的吸附动力学进行拟合。考察了温度、初始浓度、pH对苯酚吸附性能的影响。实验结果表明:ZIF-67吸附苯酚的适宜条件为:吸附时间为2 h,pH为9.0,吸附温度为298 K。其吸附能较好的满足Langmuir吸附等温方程,说明单分子层吸附占主导地位。(3)采用常规溶剂法,在室温下,以Zn2+,2-硝基咪唑(nIm),5-氯苯并咪唑(cb Im)为原料制备ZIF-69晶体材料。通过单一变量法,考察Zn2+与nIm,cbIm的浓度、加料顺序、晶化温度对ZIF-69晶体形貌的影响。采用XRD、SEM对材料进行表征。实验得到的ZIF-69的优化合成条件为:室温下,Zn2+逐滴加入nIm和cb Im的混合体系中,且反应物浓度为0.1 mol/L,所合成的ZIF-69晶体为规整的六角棱柱,且颗粒粒度分布均匀,直径约为800 nm。(4)测定了ZIF-69对C2H6/C2H4的吸附分离性能,并对吸附机理进行了分析。结果显示:ZIF-69优先吸附乙烷,在298 K,100 kPa条件下,对乙烷的吸附容量为2.2mmol/g。IAST估算的C2H6/C2H4的选择性为1.7。ZIF-69的C2H6和C2H4吸附热分别为26 kJ/mol、23 kJ/mol。