MOFs材料上的吸附与分离性能:案例研究

来源 :浙江师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ARMYUN1981
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由金属离子和有机配体连接形成的金属有机骨架材料(MOFs)具有高比表面积、高孔隙率和孔体积、孔径可调、易于化学修饰等性质,在气体储存和分离、药物传递、催化和化学传感器等方面展示了应用前景。本论文主要从以下几个方面展开对MOFs材料吸附与分离性能的研究:  1.参照文献,采用水热法制备了金属有机骨架材料MIL-101(Cr),经过乙醇和NH4F溶液两步活化,其BET比表面积达到3903 m2·g-1,孔容为1.85 cm3·g-1。在穿透实验中,为防止出现较大的压力降,需要将吸附剂在一定压力下压制成片。结果表明,2 MPa压片后吸附剂的晶体结构没有发生较大改变,但XRD峰强度有所降低,BET比表面积为3184 m2·g-1,孔容为1.51 cm3·g-1。利用体积法测量了CO2、 CH4、C3H6和C3H8在MIL-101上的吸附等温线,CO2的吸附量远远高于CH4,C3H6的吸附量高于C3H8。Langmuir模型联合拟合方法很好地描述了各种吸附质在MIL-101上的吸附行为,获得了体系的吸附热力学参数,如吸附平衡常数、吸附焓变等。基于各种吸附质在MIL-101(Cr)上吸附强度的差异,利用穿透柱技术,研究了双组分混合气体(50∶50)的吸附分离性能。结果表明,MIL-101(Cr)对CO2/CH4混合气以及C3H6/C3H8混合气体表现出良好的分离性能。利用单组分吸附等温线,应用理想吸附溶液(IAS)理论预测了双组分混合气在MIL-101(Cr)上的吸附行为,预测结果和穿透实验结果基本相符:压力相同时,对CO2的选择性随着温度的升高而降低,而对C3H6的选择性随温度升高变化较小;温度相同时,对CO2的选择性随着压力的升高而升高,而对C3H6的选择性随着压力的升高变化较小。  2.合成了金属有机骨架材料CPO-27-Ni,通过热处理可除去结构中残存的溶剂,生成拥有直径为1.1-1.2 nm一维孔道的蜂窝状结构和高浓度配位不饱和金属位的Ni2(dhtp)。合成的CPO-27-Ni的BET比表面积为820 m2·g-1,孔容为0.41 cm3·g-1,与文献报道接近。2 MPa压片后吸附剂的BET比表面积为733 m2·g-1,孔容为0.36 cm3·g-1。利用体积法测量了CO2、 CH4、C3H6和C3H8在CPO-27-Ni上的吸附等温线,CO2的吸附量高于CH4,C3H6的吸附量高于C3H8。Langmuir模型联合拟合方法很好地描述了CH4在CPO-27-Ni上的吸附行为,而双位Langmuir模型联合拟合方法能够很好地描述CO2、 C3H6和C3H8在CPO-27-Ni上的吸附行为,获得了体系的吸附热力学参数,如吸附平衡常数、吸附焓变等。基于CPO-27-Ni中的路易斯酸性位Ni2+与CO2和C3H6能产生更强的吸附作用,研究了双组分混合气体(50∶50)的吸附性能。结果表明,CPO-27-Ni对CO2/CH4混合气以及C3H6/C3H8混合气体表现出良好的分离性能。利用单组分吸附等温线,应用IAS理论预测了双组分混合气在CPO-27-Ni上的吸附行为,预测结果和实验结果不尽相符:温度相同时,IAS理论预测对CO2的选择性随着压力的升高而降低,而在穿透实验中其选择性随着压力的升高而升高。
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