均苯三甲酸基MOFs材料的合成及其吸附性能研究.pdf

1、隨著人類社會的日新月異，社會科技文明的發(fā)展，大量的化學(xué)品被合成出來用于各個領(lǐng)域，不合理生產(chǎn)和濫用給全球環(huán)境帶來了極大的危害，環(huán)境污染已經(jīng)成為人類健康、生態(tài)平衡和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的最大挑戰(zhàn)，治理環(huán)境污染問題刻不容緩，急需一類新材料解決這些難題。應(yīng)這些需求，合成出來的一系列新材料，滿足了需要，解決了傳統(tǒng)材料所不能解決的問題，金屬有機(jī)骨架材料(MOFs)是其中比較熱門的一類。與傳統(tǒng)的吸附劑材料相比，MOFs具有不可比擬的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在其有機(jī)

2、配體種類繁多，可形成不同的結(jié)構(gòu)類型，孔徑大小可調(diào)控，較大的比表面積，以及特殊的金屬中心（飽和或不飽和金屬位點）。這些特點使MOFs材料在吸附相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用潛力巨大。目前MOFs材料對有毒有害物質(zhì)的富集去除、環(huán)境污染物特別是水體污染物的吸附的相關(guān)報道很多。擁有當(dāng)前材料中最大的比表面積和最低的晶體密度的金屬有機(jī)骨架材料(MOFs)在處理環(huán)境污染的問題上有著巨大的潛在應(yīng)用價值。
　　本研究以含氧的芳香羧酸類（均苯三甲酸）和含氮的雜環(huán)（2

3、-甲基咪唑）為有機(jī)配體，選用銅離子為骨架金屬來設(shè)計合成MOFs材料。首先綜述了MOFs材料的合成方法、配體分類和特點及潛在的應(yīng)用前景。采用水熱法合成了由均苯三甲酸和銅組成的MOFs材料，優(yōu)化實驗選取n(CuSO4·5H2O):n(H3BTC)=2:1的配比，pH=3.0，反應(yīng)溫度為140℃，反應(yīng)時間72h，Cu2+濃度為50mmol/L的最優(yōu)條件。將合成的MOFs樣品進(jìn)行紅外、熱重等表征和單晶結(jié)構(gòu)的詳細(xì)解析，確定化學(xué)組成為C18H20C

4、u2O18。水熱合成的MOFs材料晶粒完整，熱穩(wěn)定性良好。計和合成了基于均苯三甲酸和2-甲基咪唑雙配體和銅的MOFs材料，預(yù)想組成為[Cu(H3BTC)(C4H6N2)]；對合成條件進(jìn)行了優(yōu)化，選取了n(Cu(NO3)2·3H2O):n(H3BTC):n(2-甲基咪唑):n(NaOH)=2:2:2:1.5的配比，pH4.0，在160℃下，濃度50 mmol/L為最優(yōu)條件。將合成的MOFs樣品進(jìn)行了紅外、掃描電鏡和能譜等表征，綜合表征數(shù)據(jù)

5、和圖譜分析，合成得到了預(yù)想MOFs材料，產(chǎn)率為73.3％，晶粒較完整，熱穩(wěn)定性良好。氮氣吸附-脫附曲線顯示合成的MOFs材料具有一定的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)，對有機(jī)染料亞甲基藍(lán)的吸附實驗為該材料做吸附劑提供了應(yīng)用依據(jù)。最后，用制備成功的均苯三甲酸和銅離子MOFs材料做吸附劑來固相萃取9種多環(huán)芳烴(PAHs)，優(yōu)化了固相萃取的萃取時間、離子強(qiáng)度、萃取溶劑等影響條件，利用液相色譜儀器測定，色譜條件為：色譜柱，Venusil XBP C18柱(2

6、50×4.6mm,5?m)；流動相，乙腈-水(55/45, v/v)；流速，1.0mLmin-1；檢測波長，254nm；溫度：25℃，進(jìn)樣體積：10L。在液相色譜條件下，建立了9種PAHs的標(biāo)準(zhǔn)曲線，各目標(biāo)物的檢出限在4-15ngmL-1，平均回收率在85.1%~97.3%之間。采用外標(biāo)法測定了某河水樣品中的PAHs含量，只檢測出萘。該方法具有制備簡單、成本低廉、所需樣品量小的優(yōu)點，實驗結(jié)果也表明了此方法具有較高的回收率和精密度，適用于