鋯基金屬有機骨架材料的合成、穩(wěn)定性及氣體吸附性能的研究.pdf

1、金屬有機骨架材料(MOFs)，也叫多孔配位聚合物(PCPs)，是由無機金屬離子或金屬簇連接有機多齒橋聯(lián)配體構(gòu)成的多孔晶體固態(tài)。由于具有比表面積大、孔徑大小可調(diào)節(jié)、孔表面可功能化等突出特點，被廣泛應用于氣體存儲、氣體分離和催化等研究領域，然而由于大多數(shù)MOFs的穩(wěn)定性不高成為研究應用領域的主要缺點，具有優(yōu)異穩(wěn)定性的鋯基金屬有機骨架材料(Zr-MOFs)脫穎而出，逐漸引起人們的重視。本論文成功合成且表征了兩種高度多孔且穩(wěn)定的鋯基金屬有機骨架

2、材料，并研究了它們在C4烴氣體選擇性吸附分離、高壓甲烷存儲方面的應用。
　　1.兩個穩(wěn)定的鋯基金屬有機骨架材料的合成
　　在本論文中，我們選用C3-對稱的三羧酸配體:4，4'，4"-(1，3，5-苯)-1，1'，1"三萘甲酸(H3L1)和5，5'，5"-(1，3，5-苯)-1，1'，1"三萘甲酸(H3L2)，采用溶劑熱方法與Zr4+離子溶熱反應合成了兩個MOFs化合物ZJNU-30和ZJNU-31，對它們進行了粉末XRD衍射

3、、紅外光譜、熱重分析等表征以及單晶X-衍射結(jié)構(gòu)分析，ZJNU-30和ZJNU-31為同構(gòu)晶體，都是由八面體籠與立方八面體籠多級組合的三維骨架結(jié)構(gòu)，且在骨架中分子籠和通道共存。此外，我們著重研究了它們的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性，當活化樣品暴露于空氣一個月時，幾乎沒有觀察到粉末X-射線衍射的變化及N2吸附量的損失，而活化樣品在水或2 mol·L-1的鹽酸中浸泡一周粉末X-射線衍射未發(fā)生改變但導致N2吸附量的一定程度的減少，這些結(jié)果表明這兩個化合

4、物具有較好的穩(wěn)定性。
　　2.Zr-MOFs在C4烴氣體選擇性吸附分離中的應用
　　為了探究ZJNU-30對C4混合氣體的分離能力，我們測試了在一個大氣壓，288 K、298 K和308 K的條件下，ZJNU-30對C4氣體各組分的平衡吸附等溫線，溶液吸附理論（IAST）和模擬穿透實驗分析表明ZJNU-30a對于1-丁烯/異丁烯/順-2-分離丁烯/反式-2-丁烯混合物的分離效果最佳，在總壓100 kPa時，吸附能力的順序為:

5、順式-2-丁烯＞反式-2-丁烯＞1丁烯＞異丁烯。這表明ZJNU-30a在丁烯異構(gòu)體混合物分離方面具有很好的潛在應用價值。
　　3.Zr-MOFs在高壓甲烷存儲中的應用
　　系統(tǒng)地研究了ZJNU-30和ZJNU-31這兩個化合物對甲烷的吸附性能，研究結(jié)果表明這兩個化合物對甲烷表現(xiàn)出可觀的吸收能力。在298 K、65 bar條件下，ZJNU-30和ZJNU-31在單位體積內(nèi)儲甲烷量分別為179.3和135.7 cm3(STP)·