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随着生活水平的提高,人们越来越关注空气湿度对身体健康、物质生产与存储的影响。我国调湿系统每年能耗高达2亿吨标准煤,已成为我国节能减排的重要方向。吸附除湿过程具有效率高、运行连续可靠、灵活可控且节能节材等特点,是当前最具发展潜力的节能型湿度调节手段。其中,吸附材料性能对除湿系统整体效率提升有决定性的影响,因此开发水吸附容量高、吸脱附速率高、再生容易、稳定且成本低的节能型除湿材料具有重要的科学与实用价值。锆金属有机骨架(Zr-based metal organic frameworks,Zr-MOFs)因其出色的水稳定性与水吸附行为成为当前备受关注的吸湿材料之一。Zr-MOFs合成所采用的溶剂热法通常要大量使用溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF),而DMF对环境及人体健康危害很大,严重制约了 Zr-MOFs的工业应用。因此,本文重点开展了 Zr-MOFs的绿色合成方法与结构性能优化研究,具体内容如下:(1)本文采用水热法,考察了氧氯化锆与富马酸在乙酸/水溶液中合成Zr-MOFs材料的可行性,并成功合成了系列Zr-fuma-S多孔金属有机骨架材料,并通过XRD、FT-IR和N2吸附等温线对合成的Zr-fuma-S的结构进行分析。结果表明,所得Zr-fuma-S材料与MOF-801结构相似,Zr-fuma-S材料的BET表面积为680 m2/g,相较经典MOF-801材料有所下降,孔径分布宽化,但更有利于水分子的脱附。(2)在乙酸/水溶液合成Zr-fuma-S的研究基础上,系统考察了反应温度、反应时间、乙酸/水的体积比、洗涤溶剂和物料组成等工艺条件对多孔Zr-MOFs材料合成的影响,并对所得产物的晶体与织构性质进行了表征。研究结果显示,在与乙酸/水体积比为1的溶液中95℃反应24小时,并用甲醇洗涤的样品BET表面积最大,为740 m2/g,收率达到90%以上。(3)为了进一步降低Zr-MOF-S材料的合成成本,分别考察了氢氧化锆、碱式碳酸锆与硝酸锆等不同锆源对Zr-MOF-S材料合成的影响。结果表明,氢氧化锆为锆源所合成的Zr-MOF-S结构与氧氯化锆锆源所得产物一致,但产率很难超过30%;以碱式碳酸锆和硝酸锆为锆源合成的多孔Zr-MOFs结晶度下降,收率达到90%以上,比表面积约 300 m2/g。(4)对所合成的Zr-MOFs进行了水吸附性能研究。变温水吸附研究结果表明,几乎所有样品的水脱附可以在105℃以下实现,其中氢氧化锆制备的样品脱附温度低于60℃,优势明显;等温水吸附研究结果表明,氢氧化锆合成的样品水吸附性能最好,最大吸水量为31%,需要进一步提高收率;以碱式碳酸锆与硝酸锆为锆源合成的多孔材料的吸水性能也可以满足需求,最大吸水量分别为24%和19%,大大降低了锆金属有机骨架材料的合成成本。