阴离子柱撑微孔材料是一类阴离子功能化的金属有机框架材料,具有优异的吸附分离性能,近年在低碳烃分离领域取得了重要突破,其中吡嗪类SiF62-柱撑微孔材料SIFSIX-3-Ni(SiF62’=SIFSIX,3=吡嗪)具有良好的水热稳定性,且原料相对廉价易得,具备工业化应用的前景。大规模制备和成型造粒是框架材料实现工业化的关键,但目前的成型研究普遍存在含量低、吸附分离性能下降的问题。本文对SIFSIX-3-Ni的合成方法进行系统性优化,并提出一种以聚乙烯醇缩丁醛为粘结剂的成型方法,制备出兼具高含量和优异吸附分离性能的成型颗粒,为阴离子柱撑材料微孔材料的潜在应用提供基础数据。本文通过对比SIFSIX-3-Ni五种合成工艺的反应条件、产率、对材料物化性质的影响和对环境的影响,从中选取适用于大规模制备的合成方法并对反应条件进行系统性优化,探究反应条件对产品结构、吸附性能和产率的影响,以及滤液的可循环利用性,以实现溶剂的最大化利用、降低能耗和减少排放。研究表明,SiF62-、Ni2+和吡嗪最佳配比为1:1:2,SIFSIX-3-Ni平均产率为82.2%;反应2小时后得到结构完整、性能良好的产物,反应在48小时到达平衡;反应温度对产物的结晶度、物理形态和产率均有显著影响,100℃以下反应可得到浆状产物,100℃C以上可得到粉末状、高结晶度的产物并且无需140℃高温活化,SIFSIX-3-Ni反应产率随着温度上升而下降。此外,溶剂可实现重复利用,三次循环反应产率分别为82.2%、80.1%和83.5%,并且产物吸附性能基本无差异。首次采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为粘结剂对金属有机框架材料进行成型,重点对四种阴离子柱撑微孔材料(SIFSIX-3-Ni、SIFSIX-2-Cu-i、GeFSIX-2-Cu-i(GeF62-=GeFSIX,2=联吡啶乙炔)和 TIFSIX-2-Cu-i(TiF62-=TIFSIX))进行成型研究,考察了成型工艺对材料吸附性能、物化性质和微观结构的影响以及工艺的普适性。实验证明,该成型工艺可以制备出不同形状尺寸、吸附材料含量高达95%的成型颗粒。含量90%的颗粒在298 K和1 bar下的C2H2吸附容量下降范围仅为0.56%～0.93%,但C2H4的下降范围较大,在5.0%到12.5%之间,说明PVB可能对强吸附作用的气体影响较小,但对吸附作用较弱的气体影响较大。SEM图表明,成型颗粒具有表面致密、内部粘结相对松散的结构,BET的下降和微孔数量下降则说明材料成型后可能出现部分孔道堵塞或坍塌。此外,本文制备出含量高达95%的HKUST-1、Mg-MOF-74和MIL-101-Cr颗粒,这些颗粒保留了良好的CO2吸附性能,说明以PVB为粘结剂的成型工艺具有普适性。通过理想溶液模型(IAST)计算出的分离选择性和固定床穿透实验评价成型颗粒的分离性能,采用静态吸附实验评价成型颗粒的二氧化硫吸附性能。实验发现,四种阴离子柱撑微孔材料材料成型后对C2H2/C2H4混合气体的IAST分离选择性均有明显上升,表明成型有利于材料对乙炔/乙烯的分离。三次固定床穿透循环实验中,C2H2、C2H4在SIFSIX-3-Ni@PVB(90%含量)吸附柱上的穿透时间分别为54～66分钟和6.5分钟,其显著差异说明SIFSIX-3-Ni@PVB能够实现C2H2/C2H4(1:99,v/v)的高效分离,同时具备较好的循环再生性能。在298 K,SO2 分压为 0.002 bar 时,SIFSIX-3-Ni@PVB 的 SO2 吸附容量分别为 1.17 mmol/g(95%含量)和1.03 mmol/g(90%含量),相比粉末下降12.8%和21.4%;GeFSIX-2-Cu-i@PVB 的数据分别为 2.25 mmol/g(95%含量)和 1.96 mmol/g(90%含量),相比粉末仅下降3.4%和12.2%。在极低的SO2分压下可实现较高的吸附容量,显示该成型吸附材料具有良好的SO2分离性能。