金属有机骨架材料ZIF-8的制备及吸附性能研究

摘要

金属有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks，MOFs）是一种具有周期性骨架结构的新型多孔材料。MOFs材料通过金属离子与多官能团有机配体配位而成，其具有大的比表面积、孔隙率、结构多样等特点，在气体吸附、储存以及催化等领域具有很好的发展前景。因此，MOFs材料的合成及性能研究成为当前最具吸引力的课题之一。
　　随着全球经济的发展，环境污染问题受到了广泛关注，尤以大气污染首当其冲。燃油燃烧后的SOx是大气污染的主要来源。因此，对燃油进行深度脱硫是解决问题的关键。目前，加氢脱硫技术具有较为成熟的工艺操作而得到广泛的使用。但是，加氢法不能够深度脱除燃油中的噻吩硫化物，更为重要的是严苛的操作条件使得加氢脱硫技术具有很高的成本。因此，开发一种成本低、脱硫效果好的燃油处理技术成为国际关注的热点。
　　ZIF-8(Zn(Hmim)2, Hmim=2-甲基咪唑）是沸石咪唑酯骨架材料中的典型代表，其性能的研究对于其它沸石咪唑酯骨架材料的性能研究具有参考价值。本文分别以水、甲醇和DMF（N，N-二甲基甲酰胺）为溶剂合成了沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8，并对所合成的材料进行了X射线衍射(XRD)、N2吸附比表面积(BET)和扫描电镜(SEM)的表征分析。结果表明，三种不同的溶剂均可成功制备出ZIF-8，但其晶粒大小和比表面积具有差异，其中以甲醇为溶剂合成的ZIF-8具有最大的比表面积2102m2/g。以噻吩的正辛烷溶液为模拟汽油，采用气相色谱固定床流化装置研究了ZIF-8作为吸附剂吸附汽油中噻吩的性能。研究表明，ZIF-8能有效地吸附脱除模拟汽油中的噻吩，通过对所制备出的三种ZIF-8的吸附性能进行比较，发现以甲醇为溶剂合成出的ZIF-8材料吸附能力最强，其饱和吸附量为24 mg/g，对应的吸附率达69.17％。
　　采用原位生长法以硅片为载体合成了ZIF-8薄膜，并对所制备的薄膜进行了X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)的表征分析。结果表明，以硅片为载体能成功制备出ZIF-8膜，膜体生长较均匀并具有不错的连续性。采用流量控制装置研究了ZIF-8膜对二氯甲烷气体的吸附性能，研究表明ZIF-8膜能有效吸附二氯甲烷。

目录

声明

致谢

摘要

序言

1 引言

2 文献综述

2．1 金属有机骨架材料

2．1．1 金属有机骨架材料介绍

2．1．2 沸石咪唑酯骨架材料

2．2 金属有机骨架材料的的研究进展

2．3 金属有机骨架材料的合成

2．4 金属有机骨架材料的应用研究进展

2．4．1 气体的选择性吸附分离

2．4．2 液相吸附分离

2．4．3 其它应用研究发展

2．5 本论文的研究内容

3 实验

3．1 实验仪器和材料

3．1．1 实验所用的仪器

3．1．2 实验药品

3．2 ZIF-8的合成

3．2．1 ZIF-8粉体材料合成

3．2．2 ZIF-8膜的制备

3．3 材料的结构表征

3．3．1 X射线粉末衍射(XRD)

3．3．2 比表面及孔结构测定

3．3．3 扫描电镜(SEM)

3．4 吸附实验

3．4．1 粉末ZIF-8吸附噻吩实验

3．4．2 ZIF-8膜对二氯甲烷的吸附实验

4 结果与讨论

4．1 三种溶剂合成的ZIF-8表征

4．2 ZIF-8的噻吩吸附性能

4．3 ZIF-8膜的吸附性能

4．3．1 ZIF-8膜的形貌结构分析

4．3．2 ZIF-8膜对二氯甲烷的吸附性能

5 结论

参考文献

作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果

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