水蒸氣共存下Ni-MOF-74對氣體的吸附分離性能研究.pdf

1、吸附分離技術(shù)在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中將扮演著極其重要的角色。吸附分離過程是否高效主要取決于吸附材料的性能，因此提高吸附分離效率的關(guān)鍵在于研究開發(fā)性能良好的吸附材料。近幾年，在吸附分離領(lǐng)域，金屬有機(jī)骨架材料(Metal-organic frameworks，MOFs)展示出了良好的應(yīng)用前景。MOFs材料擁有高比表面積、高孔容及孔隙率，且擁有孔徑可調(diào)、廣泛多樣的結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。Ni-MOF-74是一種三維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的金屬有機(jī)骨架材料，其平均孔徑約為1.

2、1nm，通過熱處理易除去結(jié)構(gòu)中殘存溶劑，其重要結(jié)構(gòu)特征是含有高濃度配位不飽和金屬位。本文主要圍繞Ni-MOF-74材料的吸附及分離性能進(jìn)行研究，主要研究內(nèi)容和結(jié)果總結(jié)如下:
　　1.用過渡金屬鎳離子作為節(jié)點(diǎn)，2，5-二羥基對苯二甲酸(H4DOBDC)為有機(jī)配體，以N，N-二甲基甲酰胺(DMF)-超純水-甲醇的混合溶液作為反應(yīng)溶劑，通過溶劑熱法合成Ni-MOF-74。經(jīng)DMF和甲醇溶液兩步活化后，所合成材料BET比表面積達(dá)1450m

3、2·g-1，總孔容0.59cm3·g-1，其中微孔孔容為0.52cm3·g-1。通過XRD表征確認(rèn)所合成材料為Ni-MOF-74;SEM表征結(jié)果顯示，所合成的Ni-MOF-74為微晶團(tuán)聚的顆粒形貌，且平均顆粒尺寸大于10μm。
　　2.利用體積法測定了在298、323、348K三個(gè)溫度條件下Ni-MOF-74材料對CO2、CH4、N2、C3H6和C3H8吸附質(zhì)氣體的單組分吸附等溫線，并用雙位Langmuir和Langmuir吸附模

4、型對所測吸附等溫線分別進(jìn)行聯(lián)合擬合。結(jié)果表明，所選的吸附模型能夠非常好地描述各吸附質(zhì)氣體在Ni-MOF-74上的吸附行為。在相同條件下，Ni-MOF-74對CO2的吸附量遠(yuǎn)高于對CH4或N2的吸附量;相比C3H8氣體，該材料對C3H6吸附量略高。這主要?dú)w因于Ni-MOF-74結(jié)構(gòu)中不飽和配位的Ni2+與CO2和C3H6能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的吸附作用力。此外，通過理想吸附溶液理論(IAST)預(yù)測了雙組份混合氣的選擇性并對其進(jìn)行了討論。
　　

5、3.利用穿透柱技術(shù)研究了Ni-MOF-74對CO2/CH4、CO2/N2和C3H6/C3H8三種雙組份混合氣的吸附分離行為，并探究共存水蒸氣對以上混合氣在該材料上的分離性能的影響。結(jié)果表明，Ni-MOF-74對CO2/CH4、CO2/N2和C3H6/C3H8雙組份混合氣均表現(xiàn)出良好的吸附分離性能;而共存水蒸氣對三組混合氣分離性能的影響程度各不相同，其中水蒸氣對CO2/N2雙組份混合氣的分離影響相對較小，對CO2/CH4雙組份混合氣分離效