金屬有機(jī)骨架材料MIl-101(Cr)的改性及常壓下吸附CO2的研究.pdf

1、大量化石燃料的燃燒使大氣中CO2的濃度不斷增加，CO2的過量排放將加劇溫室效應(yīng)，導(dǎo)致全球平均氣溫逐漸升高，嚴(yán)重影響人類的正常生活。因此，高效捕集CO2是國內(nèi)外研究的熱門課題之一。金屬有機(jī)骨架（Metal Organic Frameworks，MOFs）材料是一類擁有獨(dú)特性能的新型多孔材料，因具有超大的比表面積、發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、孔徑尺寸可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，使其在氣體吸附分離方面有巨大的應(yīng)用潛力。利用MOFs材料對(duì)CO2進(jìn)行捕集和分離受到了各國研究

2、者的廣泛關(guān)注。本文選取了MOFs材料MIL-101(Cr)作為研究對(duì)象，通過對(duì)其進(jìn)行氨基功能化改性，系統(tǒng)的研究了常溫常壓下材料改性前后對(duì)CO2的吸附性能，拓寬了該材料僅在較高壓力下使用的范圍，使其更接近實(shí)際應(yīng)用。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)采用溶劑熱法將乙二胺(Ethylenediamine，ED)接枝MIL-101(Cr)，合成了一種新型的吸附劑MIL-101-ED，并對(duì)其進(jìn)行了XRD、N2吸附-脫附、紅外等表征。在29

3、8 K及1.01×105 Pa條件下，測(cè)定了改性材料對(duì)CO2的吸附性能及CO2/N2吸附選擇性，研究了ED接枝量及溫度對(duì)材料結(jié)構(gòu)、形貌和CO2吸附性能的影響。結(jié)果表明，ED改性的MIL-101(Cr)材料在常溫常壓下對(duì)CO2的吸附量可達(dá)2.43 mmol/g，比改性前提高了14.6％，CO2/N2的吸附分離系數(shù)從11提高至17，比改性前提高了55.6％。改性材料經(jīng)80℃真空加熱可完全脫附再生，具有良好的再生穩(wěn)定性。
　　(2)通過

4、聯(lián)用合成前和合成后改性的氨基功能化方法，首先摻雜不同量的2-氨基對(duì)苯二甲酸配體來合成MIL-101(Cr)，得到了一系列不同配體摻雜量的改性材料NH2-MIL-101，利用XRD、N2吸附-脫附實(shí)驗(yàn)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。在298 K及1.01×105Pa條件下測(cè)定材料對(duì)CO2吸附等溫線及單位比表面積對(duì)CO2的吸附等溫線。結(jié)果表明，當(dāng)2-氨基對(duì)苯二甲酸配體的摻雜量為75％時(shí)，NH2-MIL-101對(duì)CO2吸附量及單位比表面積對(duì)CO2的吸附量

5、都相對(duì)較大。
　　(3)為了進(jìn)一步提高M(jìn)IL-101(Cr)對(duì)CO2的吸附容量及吸附選擇性，研究了用不同量的聚乙烯亞胺(Poly(ethylenimine)，PEI)改性具有最佳配體摻雜量的材料NH2-MIL-101，并考察了其在常溫常壓下對(duì)CO2吸附性能的影響，測(cè)定了不同溫度下改性材料對(duì)CO2的吸附等溫線，以及其再生循環(huán)使用性能。研究結(jié)果表明，用PEI改性NH2-MIL-101在常溫常壓下可以大幅度提高材料對(duì)CO2的吸附容量及吸