金屬-有機(jī)框架配合物吸附-脫附溶劑性能的研究.pdf

1、作為一種新型多孔材料，金屬-有機(jī)框架配合物具有傳統(tǒng)無機(jī)多孔材料不可比擬的優(yōu)良特性，通過改變有機(jī)配體可以調(diào)控三維網(wǎng)絡(luò)中的孔徑尺寸和孔道中的性質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同有機(jī)溶劑分子的選擇性吸附。不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的孔道對(duì)具有不同性質(zhì)的有機(jī)溶劑的作用力不同，導(dǎo)致吸附的量不同，從而實(shí)現(xiàn)選擇性吸附，可以應(yīng)用于現(xiàn)在對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染的有機(jī)廢氣的控制和回收。
　　 本文采用溶劑熱法合成了三種結(jié)構(gòu)不同的金屬.有機(jī)框架配合物Zn(BDC)(4,4'-Bipy

2、)0.5(DMF)(H2O)0.5(MOF508；BDC=1，4-benzenedicarboxylicacid-1，4對(duì)苯二甲酸，4,4'-Bipy=4,4'-bipyridine-4，4-聯(lián)吡啶，DMF=dimethyl formamide-N，N-二甲基甲酰胺)，Zn3(Htaa)3(H2O)3(C4H8O2)(J370；Htaa=2-(5H-tetrazol-5-yl)acetic acid-四氮唑乙酸，C4H8O2=1，4-d

3、ioxane-1，4二氧雜環(huán))，以及Zn4(OH)2(1，2,4-BTC)2(H2O)2(DEF)3(J372；1，2,4-BTC1，2,4-benzenetricarboxylic acid-1，2,4一苯三甲酸；DEF=N，N-diethylformaide—N，N-二乙基甲酰胺)，通過XRD、SEM、TGA等方法對(duì)它們的結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性進(jìn)行了表征，并研究了它們對(duì)有機(jī)溶劑分子的吸附/脫附特性。
　　 為了研究吸附質(zhì)性質(zhì)對(duì)吸附/

4、脫附性能的影響，以MOF508為吸附劑，選擇具有不同鏈長的吸附質(zhì)(CH3OH，C2H5OH，n-C3H7OH)，不同結(jié)構(gòu)的吸附質(zhì)(n-C3H7OH，i-C3H7OH)，不同尺寸的吸附質(zhì)(CH2Cl2，CHCl3，CCl4)進(jìn)行吸附/脫附性能研究。結(jié)果表明，低壓時(shí)，長鏈的醇吸附量大于短鏈的，而在高壓時(shí)短鏈的吸附量大于長鏈的；帶支鏈的醇一開始不被吸附，壓力上升后吸附量緩慢增加；分子尺寸小的吸附質(zhì)被吸附的量多，分子尺寸大的吸附量少，并且由于框

5、架配合物的柔性，個(gè)別分子尺寸大于孔徑的也有吸附。另外MOF508對(duì)CS2的吸附表現(xiàn)出一種獨(dú)特的現(xiàn)象，在吸附曲線過程中存在緩慢吸附平臺(tái)，說明吸附過程中存在一個(gè)結(jié)構(gòu)收縮中間狀態(tài)，當(dāng)壓力上升達(dá)到一定值時(shí)，孔洞重新打開，繼續(xù)吸附，進(jìn)一步說明了MOF508結(jié)構(gòu)的柔性特質(zhì)。
　　 除了選擇MOF508為吸附劑外，為了研究框架物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)吸附/脫附性能的影響，選擇具有不同結(jié)構(gòu)的J370及J372為研究對(duì)象，分別對(duì)不同的醇進(jìn)行了吸附/脫附性能

6、的測試。結(jié)果表明，框架物比表面積的大小與吸附有機(jī)溶劑分子的量成正比關(guān)系。在比表面積大、孔徑小的MOF508中，醇類的吸附會(huì)產(chǎn)生毛細(xì)凝聚現(xiàn)象；比表面積小、孔徑小的J370和比表面積大、孔徑大的J372中不會(huì)產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象。醇類分子與MOF508和J372的孔壁作用力較強(qiáng)，而與J370的較弱。通過以上研究發(fā)現(xiàn)，MOF508對(duì)有機(jī)溶劑分子的選擇性吸附效果更明顯。
　　 通過合理選擇有機(jī)配體，可以設(shè)計(jì)對(duì)特定的有機(jī)溶劑分子具有選擇性吸附的