钴掺杂叶片状沸石咪唑酯骨架结构材料实现磷酸盐快速去除

为了减小水体富营养化的危害,提高吸附法除磷的效率,本文研究钴掺杂对于锌基叶片状沸石咪唑盐(Zn-ZIF-L)磷酸盐吸附能力的提升.本文采用间歇式吸附试验研究各个影响因素对于吸附的影响,采用XRD、XPS、FT-IR等研究材料的表面微观结构以推测可能的吸附机理.发现当Zn和Co的初始摩尔比为9.5:0.5时,其吸附性能最好.掺杂后,在10min内吸附量增加55%,最大吸附量达到85.68mg/g,在不同温度、浓度、当pH值为4~8时、在不同阴离子以及腐殖酸环境下保持着较好的吸附性能.当初始浓度为10mg/L时,可吸附去除97%以上的磷,吸附剂在0.1mol/L的Cl^(-)或NO_(3)^(-)中仍能保持93%以上的吸附量.其中,P-OH与Zn-OH/Co-OH之间的化学键、静电相互作用和氢键相互作用在磷酸盐吸附中起主导作用.Co(0.5)-Zn-ZIF-L经过4次循环后仍能保持较高的吸附量.结果表明,Co(0.5)-Zn-ZIF-L能作为一种有效的吸附剂去除水体中的磷酸盐.

沸石咪唑酯骨架结构材料合成及性能研究进展

沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)是一类以咪唑或其衍生物为配体的特殊金属有机骨架结构材料(MOFs),因其结构多样性、高度的热学和化学稳定性及高效捕获和存储CO2等性能,近几年受到国内外研究者的广泛关注。本文对含咪唑基配体材料的合成和发展现状进行了综述;总结了这种材料在气体的存储和分离、磁性、催化等方面的性能,并对这种新型材料在设计、合成与应用中的广阔前景作了展望。

沸石咪唑酯骨架材料Co(C_7H_5N_2)_2·1.5H_2O的合成与晶体结构

以2-羧基苯并咪唑配体与过渡金属离子Co2+为前驱体,通过溶剂热反应得到一个新的沸石咪唑酯骨架材料Co(C7H5N2)2.1.5H2O(1),采用单晶X射线衍射、红外光谱、热重分析、粉末X射线衍射等对产物进行了系统表征.配合物1属三斜晶系,空间群R-3,Co2+离子通过有机配体相连构成沸石结构,骨架中存在笼状结构和一维隧道孔.

钴基沸石咪唑酯骨架结构衍生物锂硫电池正极材料

通过原位复合法合成沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-67),经高温碳化生成含钴的氮掺杂碳多面体(Co-NC),然后通过热熔融渗硫方法制得钴基沸石咪唑酯骨架结构衍生物(S@CoS2-NC)复合材料,以此复合材料作为锂硫电池的正极材料。采用X线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能谱仪(EDS)、N2吸附-脱附分析仪、热重分析仪(TGA)、X线光电子能谱仪(XPS)以及电化学测试等手段对不同样品进行表征分析并测试其电化学性能。结果表明:在0.2C倍率下S@CoS2-NC/1(制备ZIF-67时反应6 h)复合正极的首次放电比容量最高达1129 mA·h/g,100次充放电循环后容量的保持率为66.61%,相比S@CoS2-NC/2(反应12 h)、S@CoS2-NC/3(反应24 h)复合正极和纯硫正极,比表面积和孔容最大的载体碳骨架经热熔融渗硫后生成的S@CoS2-NC/1复合正极拥有更优良的容量和循环稳定性。

沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF-71用于低浓度生物基2,3-丁二醇/1,3-丙二醇的吸附分离性能

1,3-丙二醇是一种重要的化工原料,生物发酵法生产1,3-丙二醇往往会产生副产物2,3-丁二醇,限制了生物基1,3-丙二醇的进一步工业化应用。1,3-丙二醇与2,3-丁二醇亲水性强,导致其在低浓度发酵液中分离困难。基于2,3-丁二醇比1,3-丙二醇具有长的碳链和大的极化率,本文采用含有―Cl基团(憎水且具有大的极化率)的ZIF-71吸附分离水中低浓度的2,3-丁二醇/1,3-丙二醇。结果表明,ZIF-71对双组分2,3-丁二醇/1,3-丙二醇(50 g/L,50 g/L)中2,3-丁二醇的静态竞争吸附容量为123.6 mg/g,对2,3-丁二醇/1,3-丙二醇分离选择性高达7.6,分离效果优于沸石材料Beta。在3次循环吸附-解吸实验中ZIF-71依旧保持着稳定的结构和对2,3-丁二醇的选择性吸附能力。通过分子模拟,揭示了ZIF-71对1,3-丙二醇和2,3-丁二醇的吸附分离机制。ZIF-71与1,3-丙二醇之间主要通过弱的范德华力作用;而ZIF-71与2,3-丁二醇之间则是通过强的范德华力与弱的氢键协同作用,从而对2,3-丁二醇产生选择性吸附。可以看出,ZIFs材料有望成为选择性吸附分离低浓度副产物2,3-丁二醇的吸附剂,推动生物法制1,3-丙二醇的工业化发展。

沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF-8的合成研究进展

ZIF-8是目前研究最多的一种沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs),它具有很高的比表面积和热稳定性,具有灵活的化学结构,在化学工业上具有很广的应用前景。本文简要介绍了国内外对ZIF-8的合成方法的研究进展。

基于沸石咪唑酯骨架结构材料11的微固相萃取结合高效液相色谱用于水样中五种紫外吸收剂的测定

建立了一种基于ZIF-11的膜保护微固相萃取(μ-SPE)的样品前处理方法,并与高效液相色谱(HPLC)联用测定环境水样中5种紫外吸收剂。对洗脱剂种类、固相萃取剂用量、洗脱时间、萃取时间、盐浓度、pH值系列影响萃取效率因素的相关条件进行优化。结果表明,固相萃取剂用量10 mg、萃取时间8 min、洗脱剂V(甲醇)∶V(乙腈)=3∶7、洗脱时间9 min、溶液pH值7、10 mg/mL氯化钠条件下,5种紫外吸收剂在5~1000 ng/mL范围内线性关系良好,相关系数均大于0.9925,检出限为0.8~1.5 ng/mL;定量限为2.5~5.0 ng/mL;相对标准偏差为0.9%~6.5%。方法简单、快速、准确,用于测定湖水、河水、自来水中的紫外线吸收剂,回收率为88.7%~112.3%,相对标准偏差为0.3%~5.5%。

原位生长法制备沸石咪唑酯骨架结构材料/聚偏氟乙烯杂化膜及其截取钯性能研究

钯因其稀缺且拥有特殊性能而被广泛用于催化、电子等产业,但钯的提取工序繁琐且效率低下。以聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜为基底,将沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-67)利用原位生长法负载于PVDF膜上。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外分析仪(FT-IR)对膜形貌、结构进行表征。考察了沸石咪唑酯骨架结构材料/聚偏氟乙烯(ZIF-67/PVDF)杂化膜对钯的截留性能。当聚电解质和钯的质量比为3.0时,浸渍于ZIF-67合成液24 h的样品最大截留率为92.60%。

基于咪唑酯骨架结构材料-7的涡旋辅助微固相萃取

采用漩涡辅助微固相萃取的样品前处理方法,并结合高效液相色谱检测水样中的紫外吸收剂。沸石咪唑酯骨架结构材料-7(ZIF-7)具有大的比表面积,永久性孔道,开放的金属位点,以及较高的化学稳定性及水热稳定性,本文将ZIF-7作为固相萃取剂用于微固相萃取水样中的紫外吸收剂。实验考察了萃取剂用量、萃取时间、洗脱溶剂、洗脱时间、溶液pH值和盐浓度等对萃取效率的影响。最优实验条件为:ZIF-7的质量为15 mg,萃取时间是8 min,洗脱剂是甲醇∶乙腈(体积比3∶7),洗脱时间为5 min,NaCl溶液浓度为0 mg/mL,溶液pH为3。在此条件下,方法在2.5~750 ng/mL的范围内具有良好的线性,检出限为0.2~0.8 ng/mL,定量限为1.0~2.5 mg/mL。采用该方法分析实际水样中的紫外吸收剂,加标回收率为90.3%~111.5%,相对标准偏差为1.4%~7.2%,结果良好。

氮杂碳原位包覆Cu_(2)O/Co_(3)O_(4)@C异质结构复合材料的设计构筑及高效储锂性能

通过液相法合成了Cu_(2)O纳米立方体,并在其基础上利用金属有机框架化合物(MOFs)的自组装形貌调控,进一步构建了层级多孔Co_(3)O_(4)和氮杂碳双壳层的Cu_(2)O/Co_(3)O_(4)@C异质结构复合材料.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)、BET比表面积及孔径分析、拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段证实了Cu_(2)O/Co_(3)O_(4)@C异质结构复合材料的成功构筑.双壳层结构设计和丰富的层级孔道结构有效抑制了材料在充放电循环过程中的体积膨胀,材料在循环100次后仍保持了原有的形貌和构造.表面多孔结构对电解液的充分浸润、异质结构的界面内建电场以及缺陷氮杂碳的表面包覆有效提升了材料的电子和离子导电能力.异质结构设计、形貌调控、多孔特性和氮杂碳的协同作用,使得Cu_(2)O/Co_(3)O_(4)@C复合材料呈现出优异的电化学性能,在0.1 A/g电流密度下的首次放电比容量达到2065 mA·h/g,在2 A/g电流密度下的可逆放电比容量高于360 mA·h/g,在1 A/g电流密度下循环350次后仍有530 mA·h/g的高可逆放电比容量.

沸石咪唑酯骨架材料用于水中污染物的去除

当前水污染问题严重制约了国民经济和社会的发展,对水污染的控制与治理具有重大研究意义且刻不容缓。沸石咪唑酯骨架结构材料(zeolitic imidazolate frameworks,ZIFs)作为新兴化学与材料科学相结合产物,凭借其结构稳定、比表面积大和性能优良等特点在全球范围内受到广泛关注,并逐步应用于去除水中的污染物。本文以ZIF-8为代表,综述沸石咪唑酯骨架材料去除水中污染物的研究与进展,系统介绍了其作为吸附剂及光催化剂对水中污染物的去除效果,总结了ZIFs制备条件和环境因素对其去除水中污染物的影响,并对今后的研究进行了展望,以期为ZIFs材料应用于实际污染水体的处理提供理论支撑。

ZIF-8多孔材料吸附CO_(2)的格子Boltzmann模拟

基于格子Boltzmann方法,在表征体元尺度上研究了ZIF-8材料吸附烟气中CO_(2)的流动耦合传质过程。分别采用二维D2Q9、D2Q5模型描述速度场和浓度场,分析了ZIF-8吸附剂粒径在0.05~0.20 mm、孔隙率在0.50~0.80以及颗粒排列方式对CO_(2)吸附性能的影响,并描述了吸附床中的流动、扩散以及吸附现象。结果表明:粒径越大,吸附床中对流作用越强,吸附平衡所需时间减小;孔隙率越小,局部流速增大越明显,为避免流速过大造成局部吸附不充分,工程应用中宜采用孔隙率较大的ZIF-8吸附剂;与采用随机排列和错列排列相比,顺列分布时可有效缩短达到吸附平衡所需的时间;对CO_(2)吸附量影响的敏感性依次为孔隙率>排列方式>粒径,因此在实际应用中应首先考虑对ZIF-8孔隙率的选择。

基于纳米沸石咪唑酯骨架结构材料的涡旋辅助微固相萃取

环境水样中氯苯类化合物(CBs)含量低(ng/L~μg/L),目前分析仪器直接定量检测较为困难,发展新的样品前处理技术可以有效解决这一问题.本文建立了膜保护纳米沸石咪唑酯骨架结构材料8(NZIF-8)涡旋辅助微固相萃取(VA-μ-SPE)的样品前处理技术,并与气相色谱连用对环境水样中的痕量CBs进行的萃取和分析.考察了洗脱剂、萃取时间、超声洗脱时间以及盐浓度等对萃取效果的影响.在最优化试验条件下,CBs的检出限范围为0.002~0.008 ng/m L,在线性范围为0.1~50 ng/m L时,决定系数(r^2)均大于0.991.在浓度为5 ng/m L的CBs样品中进行5次平行测定,相对标准偏差(RSD%)均小于8.4%.实验结果表明,NZIF-8是优良的固相萃取剂,VA-μ-SPE是一种快速有效的新型样品前处理技术.采用该方法分析了实际水样中的四种CBs,相对回收率为87.9%~111.1%,结果较为满意.

沸石咪唑酯骨架材料制备与非线性光学特性研究进展

时至今日,非线性光学材料在光电子、通信、信息处理等领域的重要作用日益突出,发展新型、优良的非线性光学材料迫在眉睫。与传统的无机非线性光学材料相比,有机非线性光学材料在损伤阈值、响应时间和非线性光学系数上具有决定性优势。沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)是一类以咪唑或其衍生物为配体的特殊金属有机骨架结构材料,其以结构多样性、高度的热学和化学稳定性,近年来受到了国内外研究者的关注。本文总结了沸石咪唑酯骨架结构材料制备方法以及非线性光学特性的研究进展,并就沸石咪唑酯骨架结构材料在非线性光学领域的应用前景进行了展望。

类沸石咪唑酯骨架(ZIFs)及其复合物在药物递送系统中的应用

金属有机骨架材料(metal organic frameworks,MOFs)是一类无机化合物;类沸石咪唑酯骨架结构材料(zeolitic imidazolateframeworks,ZIFs)作为其亚簇,具有孔径大、稳定性好、比表面积大、生物相容性好等优点。ZIFs的特殊结构性质使其具有作为药物载体的潜力,如可装载抗肿瘤药物达到肿瘤部位并响应微环境特点进行释药等。本文综述了ZIFs及其复合物在药物递送方面,特别是抗肿瘤药方面的应用原理及其前景。

一锅法合成纳米复合材料MB@ZIF-67及其表征研究

采用一锅法将染料亚甲基蓝(MB)成功的组装入类沸石咪唑酯骨架结构材料Co(mIm)_2(ZIF-67)的孔道中,合成了纳米复合材料MB@ZIF-67,并对其进行了表征。同时研究了ZIF-67和MB@ZIF-67对染料甲基橙(MO)的吸附,结果表明:两者对MO的最大吸附量分别为12.8和15.5mg/g;最大去除率分别为63.7%和77.5%。吸附过程是ZIF-67骨架中的钴离子与MO分子中—SO_3^-之间的静电引力引起的。同时二者的吸附量相差2.7mg/g,说明吸附过程中MB@ZIF-67与MO之间存在较大的范德华力。

核壳结构ZIF-67@ZIF-8的制备及其超级电容性能研究

采用胶体化学合成法,在室温下使六水硝酸钴[Co(NO_(3))_(2)·6 H_(2)O]与2-甲基咪唑(MeIm)反应制备出ZIF-67,并将其作为湿种子,再通过原位生长法将二水乙酸锌(C4H_(6)O_(4)Zn·2 H_(2)O)与2-甲基咪唑(MeIm)生成的ZIF-8包裹在ZIF-67外,制备出核壳结构ZIF-67@ZIF-8材料,并用场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等方法对材料的形貌和结构进行表征。实验通过控制变量法改变原料金属离子的摩尔配比,得到不同配比下的样品,并将其制备成工作电极,在三电极体系下进行循环伏安法、恒流充放电法等电化学测试,结果表明,在原料金属离子(Co^(2+)与Zn^(2+))的摩尔比为1∶1时,制备出的材料在恒流充放电测试中电流密度为1 A/g时比电容为1144.4 F/g,具有较高的比电容以及较好的循环稳定性。

3D多孔结构超疏水表面的构筑及性能研究

采用简单的牺牲模板法在不锈钢网上构筑稳定的超疏水薄膜。首先通过浸泡沉积在不锈钢网上制备出分布均匀的ZIF-L(Co)纳米片阵列结构(ZIF-NFA),然后以此为牺牲模板,在室温下制备出微纳米尺寸的钴氢氧化物纳米片状阵列(CoLDH-NFA),最后通过浸泡硅烷降低其表面能。通过油水分离、溅射试验、抗污试验和耐酸碱试验,分别评价其油水分离效率、疏水性能、抗污性能和耐蚀性,并通过接触角测试、扫描电子显微镜(SEM)以及X-射线衍射(XRD)对不锈钢网表面的疏水程度以及表面结构进行分析。结果表明共沉积后的不锈钢网表面呈现3D多孔蜂巢状微纳结构。接触角测试表明,所制备的薄膜呈现良好的超疏水性能,静态接触角达157.3°,其油水分离效率均大于95%,具有一定的耐腐蚀性能且具有良好的抗污性。因此通过牺牲模板法构筑的蜂巢状微纳结构不仅具备超疏水特点,同时具备ZIFs材料的高稳定性,且该方法技术简单、反应条件温和、价格低廉、易于批量化生产,为MOFs在制备超疏水材料方面的应用提供了一个新的思路。

基于甲苯模板合成的ZIF-93及其对1,3-丙二醇和2,3-丁二醇的吸附分离性能

生物基1,3-丙二醇原液预处理后主要是由低浓度水溶液、1,3-丙二醇和2,3-丁二醇组成。1,3-丙二醇和2,3-丁二醇均是二元醇,含有2个羟基能与水形成强的氢键,增加了分离的难度。然而仅具有范德华作用的传统疏水吸附剂通过动态柱吸附无法实现有效分离二元醇。因此,选择具有范德华作用基团—CH3和氢键作用基团—CHO的ZIF-93研究其对低浓度2,3-丁二醇/1,3-丙二醇的静态和动态柱吸附分离性能。首先,在ZIF-93合成中引入甲苯作为溶剂和模板剂,利用甲苯与咪唑基配体以及甲苯分子之间的π-π相互作用模板支撑ZIF-93的结构单元lta笼,有效提高ZIF-93的BET比表面积和微孔孔容。结果表明,ZIF-93对2,3-丁二醇(50 g/L)/1,3-丙二醇(50 g/L)的动态柱吸附量为69.9和17.3 mg/g,对2,3-丁二醇/1,3-丙二醇的选择性为4.0。相对于传统疏水吸附剂,具有氢键作用基团的ZIF-93穿透曲线斜率增大,传质区间缩短,穿透时间提高,从而提高吸附床层的有效利用率,利于工业上连续分离操作。通过模拟揭示了ZIF-93的-CHO与2,3-丁二醇的―OH和―CH3之间形成氢键相互作用,高于与1,3-丙二醇之间形成的氢键相互作用,从而实现了低浓度2,3-丁二醇/1,3-丙二醇的有效分离。经过3次吸附-解析循环实验,ZIF-93对2,3-丁二醇的吸附能力保持不变,仍能保持良好的稳定性。因此,ZIF-93是水溶液中分离二元醇的高效吸附剂。

ZIF-67和ZIF-8对酸性红151的吸附脱色性能研究

研究了具有SOD拓扑结构的ZIF-67和ZIF-8两种类沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)对酸性红151(AR151)染料废水的吸附脱色作用,对影响实验因素的初始浓度和接触时间进行了探讨。结果表明:ZIF-67和ZIF-8吸附剂对AR151的吸附较好地符合Langmuir吸附等温线,并且两者对AR151的最大吸附容量分别为72.44mg/g和57.80mg/g。吸附过程的机理可能是由于不饱和骨架金属Co(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)与染料分子中-SO3-之间的静电引力所造成。