【摘 要】
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苯是一种典型的挥发性有机物,对环境和人体均有较大的危害。MOFs因具有孔结构有序、比表面积大、柔性独特、可设计性强等特点,在VOCs的吸附捕获方面表现出良好的应用潜力。但在吸附技术实际应用过程中,无处不在的水分子会和VOCs产生竞争吸附降低吸附性能、进攻配位节点破坏MOFs骨架、导致再生困难增加能耗,因此高疏水性、高吸附量MOFs吸附剂的开发仍是具有挑战性的课题。本工作选取Cu-BTC、Cu-BD
【基金项目】
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山西省应用基础研究计划重点自然基金项目（201901D111003（ZD））； 山西省重点研发计划社会发展项目（201903D311005）；
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苯是一种典型的挥发性有机物,对环境和人体均有较大的危害。MOFs因具有孔结构有序、比表面积大、柔性独特、可设计性强等特点,在VOCs的吸附捕获方面表现出良好的应用潜力。但在吸附技术实际应用过程中,无处不在的水分子会和VOCs产生竞争吸附降低吸附性能、进攻配位节点破坏MOFs骨架、导致再生困难增加能耗,因此高疏水性、高吸附量MOFs吸附剂的开发仍是具有挑战性的课题。本工作选取Cu-BTC、Cu-BDC、MIL-100（Fe）、MIL-53（Fe）为研究对象,采用疏水性碳点（HCDs）分别对其进行原位复合改性,通过一些表征手段系统考察HCDs对四种MOFs物化性质和吸附性能的影响;筛选性能良好的复合吸附剂,系统考察HCDs引入量对各复合吸附剂物化性质及吸附性能的影响;在此基础上,深入探究了苯和水在各吸附剂上的苯/水的竞争吸附行为、吸附机理、吸附热效应及扩散行为等,且阐明了HCDs对MOFs复合改性机制,并将主要成果归纳如下:（1）HCDs对四种MOFs复合改性结果显示,HCDs@Cu-BTC-C1和HCDs@MIL-100（Fe）-C1的孔隙结构以及结晶状况都有明显的提升,而HCDs的存在对Cu-BDC和MIL-53（Fe）则是抑制作用;苯和水的静态吸附结果显示,当P/P0=0.1时,HCDs@Cu-BTC-C1较Cu-BTC对水的吸附量降低了18.98 mg/g,对苯的吸附量增加了36.66 mg/g,在提高疏水性的同时也提高了对苯的吸附容量,HCDs@MIL-100（Fe）-C1较MIL-100（Fe）对苯的吸附量增加了175.65 mg/g,对水的吸附量增加了16.87 mg/g,对苯和水的吸附量均有一定的提升,但是苯吸附量的提升远远大于水吸附量。（2）采用不同浓度的HCDs与Cu-BTC、MIL-100（Fe）复合,测试结果显示,各复合吸附剂的苯吸附量均随着HCDs添加量的增加呈现先增加后减小的趋势。其中HCDs@Cu-BTC-C1和HCDs@MIL-100（Fe）-C1的比表面积、对苯的静态吸附量及动态穿透时间均最高,表明1倍浓度HCDs为最佳添加量,适量HCDs的添加可以促进Cu-BTC和MIL-100（Fe）的晶体生长,产生更多的不饱和金属位,过量则会造成晶体缺陷、堵塞孔道,从而影响吸附性能。（3）适量HCDs加入后可以显著提升Cu-BTC和MIL-100（Fe）的苯/水竞争吸附选择性,HCDs@Cu-BTC-C1和HCDs@MIL-100（Fe）-C1最高分别可达到2.7和3.4,提高了其对苯/水的竞争相互作用;MIL-100（Fe）在加入HCDs后形成了多级孔,导致各吸附剂对苯的吸附热降低,而Cu-BTC则是微孔的分布发生变化,提高了苯在各吸附剂上的解吸活化能;通过原位红外和苯-TPD分析验证了HCDs的存在并未改变吸附剂对苯的吸附位点,主要是由于HCDs含量较少且HCDs存在的π-π相互作用和Cu-BTC以及MIL-100（Fe）中存在的π-π相互作用重叠;XPS和红外表征结果表明HCDs对Cu-BTC和MIL-100（Fe）的作用机制不同。水接触角实验证实了HCDs是疏水的且加入MIL-100（Fe）中可以提升其疏水性;介孔的产生导致苯在HCDs@MIL-100（Fe）-Cx中的扩散和转移得到了改善,且HCDs@MIL-100（Fe）-C1具有良好的动态循环稳定性。
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