用于碳捕获的金属有机骨架材料MIL-101制备研究

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温室气体二氧化碳的过量排放,已经引发一系列的社会和环境问题,如何有效控制和减缓碳排放量,成为目前人们的研究重点之一。为了提高材料在常温常压下对二氧化碳的吸附能力,本文选择一种具有高比表面积、发达的孔隙结构和良好吸附存储性能的金属有机骨架材料MIL-101进行改性,制备出了多种元素掺杂和氨基修饰的MIL-101材料,考察了材料对二氧化碳的吸附性能。首先,采用高温水热法合成MIL-101,研究了不同合成条件对材料物相构成、比表面积和孔体积等性能的影响。研究结果表明:合成温度、溶液pH、纯化和活化处理方法对材料的性能影响较大,反应温度为210℃,pH在3左右,采用“DMF+三氯甲烷”洗涤浸泡的纯化、活化处理方法,可制备出具有高BET比表面积(3029.72m2/g)、大孔容(1.42cm3/g)、稳定性好(250℃)、亚微米级颗粒(0.8-1um)和八面体结构的MIL-101。其次,通过掺杂金属铜、镍元素以及三乙烯四胺(TETA)氨基修饰进行改性制备MIL-101,研究了掺杂量和氨基添加量对材料性能的影响,结果表明:分别掺杂20%的铜元素、30%的镍元素以及添加0.4m1的TETA时,改性制备的MIL-101性能达到最优。分别采用容量法和重量法对制备的样品进行二氧化碳吸附性能检测与评价,结果表明:容量法和重量法均能准确测定金属有机骨架材料MIL-101在常温、常压下,对二氧化碳的吸附量,由于重量法更加操作简便、高效以及能够实现自动化检测而成为本实验的主要检测方法。最后,在常温、常压下,研究了改性前后MIL-101对二氧化碳的吸附量及循环再生吸附稳定性,结果表明:改性前,MIL-101的二氧化碳吸附量为6.37%,经过6次循环吸附,吸附量仍能达到5.27%,降低了1.1%;掺杂铜改性后的MIL-101-Cu20%,吸附量为7.95%,二氧化碳吸附性能提高了24.8%,6次循环吸附后吸附量为6.97%,只降低了0.98%;掺杂镍改性后的MIL-101-Ni30%,吸附量为8.34%,二氧化碳吸附性能提高了30.9%;而经过氨基修饰后的MIL-101-TETA-0.4,吸附量更是达到10.06%,吸附性能提高了57.9%,经过6次循环吸附后吸附量只减少了0.61%,达到9.45%。
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