【摘 要】
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近年来,金属-有机框架材料（MOFs）因其结构多样,比表面积大和稳定性高等优势而备受关注,被广泛应用于吸附、分离、催化和生物等领域。然而,目前报道的MOFs大多局限于较小的孔径（＜5 nm）,限制了其实际应用。因此,构造多级孔MOFs（HP-MOFs）材料成为研究热点,但目前常用的方法较为昂贵和耗时,形成的结构较脆弱,容易坍塌。鉴于此,本论文提出采用喷雾干燥技术快速构筑HP-MOFs的新方法。以M
【基金项目】
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国家自然科学基金（21878015）；
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近年来,金属-有机框架材料（MOFs）因其结构多样,比表面积大和稳定性高等优势而备受关注,被广泛应用于吸附、分离、催化和生物等领域。然而,目前报道的MOFs大多局限于较小的孔径（＜5 nm）,限制了其实际应用。因此,构造多级孔MOFs（HP-MOFs）材料成为研究热点,但目前常用的方法较为昂贵和耗时,形成的结构较脆弱,容易坍塌。鉴于此,本论文提出采用喷雾干燥技术快速构筑HP-MOFs的新方法。以MIL-101为研究对象,主要考察了喷干工艺参数对产物形貌、尺寸和孔道结构等的影响;进一步探究了多级孔MIL-101（HP-MIL-101）在吸附大分子污染物单宁酸（TA）和水蒸气方面的应用性能。本文的主要研究内容和结果如下:1、以纳米MIL-101颗粒（N-MIL-101-x,x代表初始颗粒粒径）为原料,采用喷雾干燥法制备HP-MIL-101。主要考察了进料温度、溶剂类型、进料速率、原料液固含量、质量流率和初始粒径等对产物形貌、尺寸和孔道结构的影响。研究表明,较优喷干工艺条件:喷干温度为180℃,溶剂为纯水,气速为536 L h-1;初始粒径越大,所需的质量流率越小;在最优条件下得到的产物形貌良好,大小均一,粒径分布在1-3μm;喷干使纳米颗粒紧密排列从而构造出介孔或大孔,随初始粒径从30 nm增大到300nm,形成的孔径从18 nm增大至70 nm;进一步将此方法推广至HP-ZIF-8等多种HP-MOFs的制备,证明了该方法的普适性。2、探究了HP-MIL-101在吸附大分子污染物单宁酸和水蒸气方面的应用性能。重点探究了吸附动力学、吸附量和吸附影响因素,结果表明:对于单宁酸吸附,多级孔MIL-101的吸附速率和吸附容量均大于纳米颗粒,多级孔对提升吸附速率的贡献率要大于氨基基团引入的贡献率,HP-MIL-101-30的k2值是N-MIL-101-30的1.55倍,HP-MIL-101-30吸附量高达1175 mg g-1,约为微米级MIL-101的2.4倍,且高于目前文献报道的所有材料;当吸附剂用量为0.5 g L-1时,对单宁酸的去除率可达到100%,当p H值在4-8的范围时,吸附效果几乎不受p H影响,随着温度升高,吸附量下降,KCl、Na Cl和Mg Cl2的存在会降低吸附量;吸附机理研究表明,MIL-101（Cr）与单宁酸之间存在络合作用,静电作用和氢键。而对于水蒸气吸附:HP-MIL-101-60的吸附速率和吸附量均大于N-MIL-101-60;对水蒸气的吸附量随着初始粒径的增大先增大后减小;在一定范围内,升高温度和增大相对湿度,吸附量随之增大;循环测试结果表明,总吸附量在循环6次后没有明显衰减,表现出良好的重复利用性能。
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