金属-有机骨架材料用于气相色谱固定相的研究

摘要

金属-有机骨架配合物（Metal-Organic Frameworks,MOFs），是指由过渡金属离子或金属簇与有机配体通过分子自组装得到的具有周期性网络结构的配合物，该类配合物多数具有较大孔隙度、比表面积大、化学稳定性良好的特性，已被广泛用作气体储存材料、催化材料、传感材料、非线性光学材料、复合功能材料。本论文利用水热法合成的一些金属-有机骨架材料用作固定相通过动态法制备气相毛细管柱。并考察这些金属-有机框架用作气相色谱固定相的气相色谱分离性能。全文研究内容分为以下三个部分：
　　1.本章采用基于1,3,5-三[4-苯甲酸]-均苯三甲酰胺配体构筑的具有一维孔道及酰胺活性基团的金属-有机框架MOF-Sm-L作气相色谱固定相，采用动态法制备了毛细管柱并对它们的色谱行为进行了研究。采用扫描电镜（SEM）观察柱A内MOFs的沉积情况。实验结果表明：该固定相在毛细管内壁沉积较为均匀；而且对正构烷烃、醇类及酚类异构体显示了较好的分离性能。洗脱顺序依赖于化合物的沸点高低。这些有机物的分离基于毛细管内壁存在范德华力外可能还有与MOF孔道内壁的活性基团酰胺之间存在氢键作用力。分离芳香异构体过程为放热过程，同时受焓和熵的控制。
　　2.本章合成手性金属-有机骨架材料 Cu(mal)(bpy)·H2O(mal=s-malic acid)(bpy=4,4-bipyridyl)，并将Cu(mal)(bpy)用作固定相采用动态法制备毛细管色谱柱。采用扫描电镜（SEM）柱A内表面和截面沉积情况，热重分析显示MOF-Sm-L在230℃以内具有良好的热稳定性，适合用作气相色谱固定相。选择Grob试剂、正构烷烃、位置异构体、对映异构体等有机化合物评价柱子的分离性能。实验结果表明此固定相对除对上述化合物都有较好的选择性外，特别对α-蒎烯对映体显示了良好的拆分性能。
　　3.将聚乙二醇20000(PEG)参杂于MOF-Sm-L中制备含PEG10％、20%、50%以及纯PEG柱，5根毛细管柱分离Grob试剂、正构烷烃、芳烃异构体等有机化合物，结果表明参杂有聚乙二醇20000的毛细管柱与PEG柱相比，PEG参杂MOF-Sm-L的柱比纯的PEG柱对上述有机物的分离具有更好的选择性。异构体的出峰顺序两柱相同，主要依赖于沸点的高低。