金屬有機(jī)骨架材料的微波輔助合成與吸附性能研究.pdf

1、作為一種目前備受矚目的新型能源材料，金屬有機(jī)骨架化合物具有高比表面積和孔隙率、結(jié)晶度高、結(jié)構(gòu)可控和化學(xué)多樣性等特點(diǎn)，是一種以金屬離子為連接點(diǎn)，有機(jī)配體為支撐，構(gòu)成空間三維延伸的具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶體多孔材料。目前為止，MOFs材料被廣泛探討的是其光學(xué)、磁學(xué)和電子方面的特殊性能以及在氣體儲(chǔ)存分離、吸附、傳感、離子交換、催化和藥物轉(zhuǎn)移等方面的潛在應(yīng)用。近年來，水體中重金屬離子的污染日趨嚴(yán)重，通過多孔材料的吸附能力去除水中重金屬離子是最有效

2、的方法之一，其中活性炭作為一種傳統(tǒng)的吸附劑，在重金屬離子的吸附方面發(fā)揮著重要的作用。目前，越來越多的具有較大吸附量的吸附材料被開發(fā)出來，金屬有機(jī)骨架材料就是其中不可或缺的一種，研究表明，金屬有機(jī)骨架化合物在結(jié)構(gòu)可控性和靈活性方面要好于傳統(tǒng)的沸石和活性炭等。
　　本文研究了一種簡(jiǎn)單、高效的金屬有機(jī)骨架材料HKUST-1的微波合成方法。較短時(shí)間內(nèi)就可以完成合成，而傳統(tǒng)的溶劑熱法需要八個(gè)小時(shí)以上。該金屬有機(jī)骨架材料HKUST-1-MW對(duì)

3、水溶液中的部分重金屬離子表現(xiàn)出較好的選擇性吸附的能力，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)Hg2+無吸附。特別重要的一點(diǎn)是，金屬有機(jī)骨架材料在吸附之后其骨架結(jié)構(gòu)保持較完整，骨架結(jié)構(gòu)并沒有完全坍塌，結(jié)構(gòu)的變化僅表現(xiàn)在X-射線粉末衍射峰強(qiáng)度減弱和比表面積略有下降上。另外，合成了在水中能夠穩(wěn)定存在的功能性金屬有機(jī)骨架材料HKUST-1-MW@H3PW12O40，在雜化過程中，雜多酸填充在骨架結(jié)構(gòu)的孔道中，使其不易坍塌，并且通過測(cè)定銅離子的流失率考察了合成過

4、程中不同的Cu/W對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，研究表明，當(dāng)Cu/W為1∶1時(shí)，水中銅離子的流失率僅為0.96％，并且作為吸附劑完成對(duì)水溶液中重金屬離子的吸附之后，骨架結(jié)構(gòu)也無明顯的變化。金屬有機(jī)骨架材料HKUST-1-MW和HKUST-1-MW@H3PW12O40的粒徑在10～20μm之間，通過同步輻射的生物大分子線站BL17U確定其結(jié)構(gòu)。
　　經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，金屬有機(jī)骨架材料HKUST-1-MW的比表面積為1405m2/g，孔體積為0.58

5、cm3/g，對(duì)pb2+和Cd2+的平衡吸附量分別是98.18mg/g和32.45mg/g，對(duì)Hg2+無吸附。對(duì)吸附動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了探索，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了擬合分析，研究表明，在整個(gè)吸附過程中，存在著物理吸附和化學(xué)吸附兩種吸附過程，占主導(dǎo)地位的是化學(xué)吸附。這一研究對(duì)未來金屬有機(jī)骨架化合物的應(yīng)用提供了非常好的參考。
　　本文同時(shí)合成了一系列的金屬有機(jī)骨架化合物M2(bdc)2dabco(M=Zn、Ni、Co)，借助微波輔助法在五分鐘就可以得到

6、孔隙率高、比表面積大、結(jié)晶度好的晶體。合成一種雙金屬金屬有機(jī)骨架化合物M1M2(bdc)2dabco，可以有多種金屬組合，在本研究中，重點(diǎn)考察的是ZnNi(bdc)2dabco。為了提高金屬有機(jī)骨架化合物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，合成了磷鎢酸雜化的金屬有機(jī)骨架化合物Ni2(bdc)2dabco@H3PW12O40，經(jīng)EDX測(cè)定，金屬元素Zn和Ni的原子數(shù)比接近于1∶1。此系列金屬有機(jī)骨架化合物均通過各種儀器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和性能方面的表征，具有較好的熱穩(wěn)