水稳定性金属有机骨架材料对铀吸附研究进展

以水稳定性MOFs为研究对象,综述了国内外吸附处理含铀废水的研究现状,重点阐述了不同类型和结构的水稳定性MOFs有效吸附含铀废水的最新进展,特别是改性、复合MOFs可以提高MOFs的吸附性能。最后,我们提出了对开发水稳定性MOFs的个人见解和未来展望。

金属有机框架材料(MOFs)的电子束辐射稳定性

本研究在不同气氛(空气、氮气)、分散液(水、甲醇、乙醇)以及不同剂量条件下对4种典型的金属有机框架材料(MOFs)(MIL-101(Cr)、ZIF-8、UiO-66和UiO-66-NH2)进行了电子束辐照处理。通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射谱和扫描电子显微镜等方法对MOFs材料在辐照前后的化学组成、晶体结构和表面形貌进行表征。结果表明,上述4种MOFs材料在高于5000 kGy的剂量辐照后,其相应的红外特征峰、衍射峰和表面形貌特征均未产生显著变化,表现出了良好的辐射稳定性。这为MOFs材料在辐射环境下的进一步应用提供了研究基础。

金属有机骨架材料MIL-101(Cr)在醋酸溶液中结构稳定性的研究

金属有机骨架化合物MIL^(-1)01(Cr)作为MOFs材料的子类在众多领域皆有广泛的应用,但其在酸性条件下的稳定性还不够清楚。研究了MIL^(-1)01(Cr)在不同醋酸溶液中的结构稳定性,主要通过XRD、FTIR、SEM/EDS和氮气吸附脱附等表征手段来研究不同醋酸浓度、浸泡时间和温度对MIL^(-1)01(Cr)结构稳定性的影响。结果表明,MIL^(-1)01(Cr)在酸性溶液中具有很高的稳定性,即使在100℃的条件下浸泡在醋酸溶液中5 d仍然能保持其基本结构和结晶度。

金属有机骨架中的水稳定性和吸附性能研究

金属有机骨架(MOFs)是一类新型的多孔纳米材料,由金属团簇和有机配体自组装而成。由于具有超高的表面积、可控的孔尺寸和可调的化学环境等优点,使其在空气净化、化学传感、气体存储、催化和CO2捕捉等方面表现出非常好的应用前景。然而水稳定性一直是阻碍其工业化应用的瓶颈,所以研究MOFs和水的相互作用及MOFs的水解机理具有非常重要的意义。主要从MOFs水稳定性的研究方法,影响因素,如何增强MOFs的抗水性和有关MOFs水稳定性研究的最新动态等方面进行了详细论述,并指出了当前存在的问题和今后的发展方向。

PCN高热稳定性介孔金属-有机骨架材料的合成

应用预先合成的[Fe3O(OOCCH3)6]作为基础原料合成了几种金属卟啉介孔金属-有机骨架材料,这类材料定义为PCN-600(M)(M=Cu,Fe,Co),具有介孔孔径尺寸,并且具有较大的孔容量.这几种材料中,PCN-600(Fe)在氧化反应中具有优秀的催化效果.

金属有机框架材料的水稳定性及吸水应用进展

水蒸气广泛存在于空气和工业气体中,收集利用或去除水蒸气都需要利用高吸水储水的吸附剂。金属有机框架材料(metal-organic frameworks,MOFs)作为一种具有高孔隙率、高比表面积的新型多孔材料,同时具备网状结构和孔径可控调节的特性,被广泛应用于吸附、分离、催化、过滤等多个领域。将MOFs应用于水吸附领域不仅要求MOFs具备较高的水稳定性,还需要具备亲水和吸附-脱附循环能力。本文综述了水稳定性MOFs的基本组成,基于皮尔森软硬酸碱理论的设计原则,水吸附行为的影响因素以及空气集水、气体除湿等应用领域的进展,以饱和吸湿量为参考罗列了13种水吸附MOFs及其衍生物的物理参数。最后总结了水吸附MOFs在合成机理、批量制备和应用领域存在的问题,并对应提出了解决思路,期望为MOFs在水吸附应用的研究方向提供有价值的参考。

迷迭香黄酮的微波提取及其β-环糊精钾金属有机骨架材料包结物稳定性研究

目的:研究迷迭香黄酮的微波提取工艺及其β-环糊精钾金属有机骨架材料包结物(RF-K-CD-MOF)的稳定性。方法:通过单因素实验和响应面法确定微波辅助提取迷迭香黄酮的最佳条件;采用D101大孔树脂纯化迷迭香黄酮,并通过高效液相色谱法(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)进行评价;采用溶液包覆法制备RF-K-CD-MOF。结果:最佳提取条件为:乙醇体积分数45%,液料比40∶1 (m L∶g),微波温度77℃,微波功率500 W,提取时间7 min。在此条件下,总黄酮得率为7.88%,黄酮的纯度为30%。纯化后的黄酮纯度由30%提高到70%。黄酮的包结率为87.9%。包埋后迷迭香黄酮的热稳定性及耐酸碱稳定性均有所改善,70℃贮存9 d后,总黄酮保存率从20.9%提高到60.6%;对中性环境下稳定性改善作用最显著,总黄酮保存率从41.69%提高到82.58%。结论:响应面法优化迷迭香黄酮提取工艺高效快捷,大孔树脂纯化迷迭香黄酮效果显著,RF-K-CD-MOF的热稳定性及耐酸碱性明显优于迷迭香黄酮提取物。

基于金属有机骨架多孔碳材料的分散固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法测定水中4种酚类内分泌干扰物

酚类内分泌干扰物是一种干扰内分泌系统的外源性物质,其进入生物体后会干扰细胞的正常功能,引起生殖发育毒性,因此亟需开发一种快速、灵敏的分析方法,用于环境水体中酚类内分泌干扰物的检测。本研究采用溶剂热法合成了一种由金属有机骨架衍生的多孔碳材料(UiO-66-C),并将其作为萃取吸附剂来富集水中的4种酚类内分泌干扰物(双酚A、4-叔辛基苯酚、4-壬基酚、壬基酚)。建立了一种分散固相萃取(DSPE)结合超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)测定水中酚类内分泌干扰物的分析方法。通过扫描电子显微镜、X射线衍射及傅里叶变换红外光谱等测试方法对UiO-66-C进行表征,证明了该材料的成功制备。对DSPE条件进行优化,包括UiO-66-C用量、水样pH、吸附时间、洗脱液种类及体积、洗脱时间和离子强度。在最佳实验条件下,4种酚类内分泌干扰物在0.5~100μg/L范围内线性关系良好,方法检出限和定量限分别为0.01~0.13μg/L和0.03~0.42μg/L,日内和日间精密度分别为1.5%~10.6%和6.1%~13.2%。将该方法应用于自来水和地表水的检测,4种酚类内分泌干扰物的加标回收率为77.1%~116.6%;在自来水样品中未检测到4种酚类内分泌干扰物,而在地表水中检测到微量的4-壬基酚和壬基酚,检出水平分别为1.38μg/L和0.26μg/L。该方法具有良好的准确度和精密度,为环境水体中酚类内分泌干扰物的检测提供了一种快速、高效、灵敏的新途径。

基于金属有机骨架材料复合气凝胶的分散固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法测定水中7种苯氧羧酸类除草剂

苯氧羧酸类除草剂(PCAs)在水体中难以降解,对人类健康和生态环境造成严重威胁,因此亟需建立有效测定水体中痕量PCAs的方法。本文以常温干燥法制备的金属有机骨架/海藻酸钠气凝胶材料MIL-101(Fe)-NH 2/SA作为分散固相萃取的吸附剂,对环境水体中的7种PCAs进行吸附和富集,从萃取条件(气凝胶中MIL-101(Fe)-NH 2与海藻酸钠比例、水样pH、萃取时间)、洗脱条件(洗脱溶剂比例、洗脱时间、洗脱体积)、离子强度(盐度)等方面对萃取效果进行优化,以获得最佳的萃取效果。优化结果显示,吸附剂在12 min内可以对目标物进行完全吸附,用总体积为4 mL的含1.5%甲酸的甲醇洗脱30 s,目标物可以充分解吸。在最优条件下,结合超高效液相色谱-串联质谱法(UHPLC-MS/MS),建立了基于金属有机骨架复合气凝胶测定水体中7种PCAs的新方法。该方法可以呈现良好的线性关系(r^(2)≥0.9986),检出限和定量限分别为0.30~1.52 ng/L和1.00~5.00 ng/L。在低(8 ng/L)、中(80 ng/L)、高(800 ng/L)3个水平下进行精密度试验,日内和日间精密度(以RSD计)分别为6.5%~17.1%和7.4%~19.4%。该方法应用于地表水、海水、垃圾渗滤液的检测中,检出量为0.6~19.3 ng/L;在8、80、800 ng/L 3个水平下进行加标回收试验,回收率为61.7%~120.3%。该方法具有良好的灵敏度、精密度和准确度,为环境水体中苯氧羧酸类物质的痕量检测提供了一种新的检测方法。

基于锆基荧光金属-有机骨架材料的水体全氟辛烷磺酸的快速筛查

本文以锆基荧光金属-有机骨架材料UiO-66-NH_(2)为传感器,建立了水体全氟辛烷磺酸(PFOS)的快速荧光筛查方法.利用扫描电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和荧光光谱等手段对UiO-66-NH_(2)的结构和光学性质进行了分析,并且考察了UiO-66-NH_(2)传感器对PFOS的传感灵敏度、速度和稳定性,及其在实际水体中的可应用性.研究结果显示,UiO-66-NH_(2)与其配体(2-氨基对苯二甲酸/BDC-NH_(2))具有相似的荧光性质,均可在光激发下产生稳定的蓝色荧光,但发光强度明显弱于BDCNH_(2).这是因为UiO-66-NH_(2)中锆与BDC-NH_(2)间的配体-金属电荷转移(LMCT)抑制了BDC-NH_(2)的荧光发光.而PFOS可与UiO-66-NH_(2)锆金属节点发生作用,影响锆与BDC-NH_(2)间的LMCT过程,进而恢复BDC-NH_(2)的荧光,产生荧光“开启”响应.在0.1-4.0 mg·L^(−1)浓度范围内,PFOS浓度与UiO-66-NH_(2)的荧光增强程度呈现良好线性正相关(R^(2)=0.993).UiO-66-NH_(2)对PFOS的检出限为3.46μg·L^(−1)(即0.0069μmol·L^(−1)),低于文献中报道的多数PFOS荧光传感器.UiO-66-NH_(2)还具有较快的PFOS响应速度,在与PFOS作用400 s之内即可达到荧光响应平衡.此外,UiO-66-NH_(2)对PFOS的传感过程基本不受水体常见阴、阳离子的影响,具有良好的可重复利用性,在实际水体筛查中也显示了高加标回收率(95.0%-106.5%),表明基于UiO-66-NH_(2)的荧光法在水体PFOS的快速筛查中具有良好的应用潜能.

水热稳定金属-有机骨架材料用于高效分离SF6/N2混合物的研究

SF6/N2混合物的高效分离,对SF6气体的回收与减弱其直接排放所导致的温室效应,具有重要的实际意义。合成了一种具有不同性质孔道结构的金属-有机骨架材料,Cu-MOF-OMe。该材料具有含不饱和配位金属位点和甲氧基双功能化的特征,且表现出良好的水热稳定性和再生性能。该材料表现出优异的综合分离性能,298 K和105 Pa下的分离选择性(361)和吸附剂选择性参数(SSP)值(780)均远高于文献报道值。理论计算发现,亲水性孔道中的不饱和金属位和疏水性孔道中丰富的甲氧基的协同作用,为该MOF材料具有优异SF6/N2分离性能的主要原因。研究结果可为SF6/N2高效分离材料的设计与开发提供参考依据。

磁性金属有机骨架材料FeMPC的制备及其吸附性能研究

首先采用水热合成法制备金属有机骨架材料MIL-101(Fe),然后通过煅烧MIL-101(Fe)制备磁性金属有机骨架材料FeMPC,并用于吸附染料废水中的亚甲基蓝。使用扫描电镜、透射电镜、红外光谱等对制备的材料进行表征,考察FeMPC用量、振荡时间、pH等因素对吸附性能的影响。实验结果表明:当FeMPC用量为25 mg、振荡时间为70 min、溶液pH为8时,FeMPC对亚甲基蓝的吸附效果较好,吸附量为15.24 mg/g,吸附率为84.69%,材料重复使用次数不超过5次时能保持一定的吸附效果;FeMPC对亚甲基蓝的等温吸附符合Langmuir模型,吸附过程符合准二级动力学模型,属于化学吸附。

金属有机骨架(MOFs)衍生材料及其在催化领域的研究进展

金属有机骨架(MOFs)材料是一类具有大比表面积和可调孔结构的新型多孔材料,近年来在催化制备精细化学品领域受到广泛关注。在实际催化过程中,MOFs较差的稳定性制约了其在许多反应中的应用。以MOFs为前驱体制备的MOFs衍生材料能够保留MOFs材料结构上的优势,同时解决其稳定性差的问题,极大拓展MOFs材料在催化反应中的应用。综述MOFs衍生材料在催化领域特别是在加氢和氧化制备精细化学品中的研究进展,并对MOF衍生材料面临的问题及其在催化领域的应用前景进行了展望。

HKUST-1金属有机骨架材料对水溶液中稀土离子的选择性吸附

在水热条件下合成了铜基金属有机骨架材料(HKUST-1),以稀土离子为吸附对象,研究了HKUST-1吸附前后理化性质的变化规律,得到其吸附动力学方程的拟合曲线。结果表明:在25℃和pH=6条件下,HKUST-1对铈离子(Ce^(3+))和镧离子(La^(3+))的最大吸附量分别为234和203 mg/g;在金属离子混合溶液中,对稀土离子(Ce^(3+)和La^(3+))的选择性达到87%;吸附过程符合准二级动力学模型。再生后的HKUST-1(HKUST-1-R)对稀土离子的吸附量下降显著,说明HKUST-1吸附稀土离子的过程不仅有离子交换反应,还有络合配位反应。

储氢金属有机骨架材料分子模拟研究进展

分析了储氢金属有机骨架(MOFs)材料的储氢影响因素、储氢性能指标与评价方法,综述了相关模拟算法构筑与理论计算,阐述了分子模拟方法对储氢MOFs材料方面的研究思路与进展,确立今后的研究发展方向的机遇与挑战,为促进储氢MOFs材料研究和商业应用提供理论依据。

共价有机骨架复合材料去除水体中重金属离子的研究进展

共价有机骨架复合材料(covalent organic framework composites,COFs)是由轻元素C、O、N、B等以强共价键结合而成的一类具有二维或三维晶体结构的新兴多孔聚合物材料.由于它们具有孔道有序可调、比表面积大、孔隙率高、结构稳定及官能团丰富可进行后修饰等优点,在污染物吸附去除领域受到了广泛关注.本文总结了COFs复合材料的最新合成策略(“自下而上”、合成后修饰和混合合成策略)和COFs复合材料在水体中去除重金属离子方面的研究进展,并对其应用前景进行了展望.近年来,运用吸附方式从环境水体中去除重金属离子在环境治理领域颇受关注.COFs复合材料作为一种新型多孔结晶材料,具有优异的吸附性能,可从水溶液中有效去除重金属离子,因此具有广阔的应用前景.COFs复合材料吸附重金属离子的方式由化学吸附和物理吸附组成,且化学吸附占主导地位.现有的COFs复合材料合成方法因其存在时间较长、成本较高及产率较低等缺点,阻碍了其在环境分析领域中的实际应用,为增加效率、节约成本及实现工业化生产,迫切需要进一步开发合成COFs及复合材料的更多新方法.

基于Fe金属-有机骨架的磁性多孔碳材料的制备及其萃取水中孔雀石绿的应用研究

目的制备一种新型磁性多孔碳材料-γ-Fe2O3/C,并建立一种简单可靠的富集水中孔雀石绿的方法。方法先利用水热法合成MOF-MIL-53（Fe）,再以其为模板通过微波辅助高温离子热法合成γ-Fe2O3/C,利用XRD、FT-IR、SEM、TEM等手段对γ-Fe2O3/C进行表征,并将其作为MSPE吸附剂富集环境水样中的孔雀石绿,同时对吸附剂用量、洗脱剂种类、萃取时间以及洗脱次数等影响磁固相萃取效率的因素进行优化。结果孔雀石绿在50-5000μg/L的浓度范围内线性关系良好,相关系数大于0.9995,方法检出限为11.07μg/L,添加低、中、高3个浓度水平下的回收率范围为84.0%-102.0%,相对标准偏差小于5%（n=5）。结论本研究制备的纳米材料可适用于日常环境水样中的孔雀石绿的检测。

金属有机骨架薄膜材料的三阶非线性光学性能研究进展

金属有机骨架(MOFs)材料因其可设计的结构以及灵活可控的配位模式,在三阶非线性光学(NLO)领域引起了广泛的关注。与液体分散状态相比,MOFs在固体状态下的三阶NLO性能更为重要,这不仅可以深入了解MOFs本身所固有的光学性能,还有助于实现MOFs在光学器件中的实际应用。然而,由于散射的存在和透光率的限制,单独的MOFs材料难以直接实现固体状态下的三阶NLO性能研究,将MOFs制备成具有较好光学透过性的薄膜是研究其NLO性能最为可行的一种策略。MOFs薄膜不仅很好地继承了MOFs所固有的三阶NLO性能,而且还结合了薄膜的高透光率以及灵活的机械性能。基于此,本文分析总结了MOFs薄膜的制备方法及其NLO性能研究方面的相关工作,并根据目前MOFs薄膜在三阶NLO性能方面的研究现状对其未来发展予以了展望。

金属有机骨架材料MOF(Ni)-74对水中Cu^(2+)的吸附性能研究

采用溶剂热法合成了金属有机骨架材料MOF(Ni)-74,并系统研究了其对水溶液中Cu^(2+)的吸附性能。采用X射线粉末衍射仪和原子吸收分光光度计对样品的物相及其对Cu^(2+)的吸附性能进行了表征。研究了溶液pH、Cu^(2+)初始浓度及吸附剂投加量等因素对Cu^(2+)在MOF(Ni)-74上吸附性能的影响,并对其吸附等温过程和吸附动力学进行了研究。结果表明:在pH 1~6范围内,MOF(Ni)-74吸附Cu^(2+)的最适pH为6。Cu^(2+)初始浓度增大,MOF(Ni)-74对Cu^(2+)的平衡吸附量增大。吸附剂投加量增大,溶液中Cu^(2+)的去除率提高,但Cu^(2+)的平衡吸附量减小。MOF(Ni)-74对Cu^(2+)的吸附符合Freundlich等温吸附模型和准二级动力模型。

金属有机骨架及其衍生材料活化过硫酸盐在水处理中的应用进展

金属有机骨架材料(MOFs)具有以金属离子为中心的结构特征,因此利用MOFs及其衍生材料可构建非均相过硫酸盐催化氧化体系,该体系能耗低且高效,在水处理中具有良好的应用前景。本文综述了MOFs及其衍生材料活化过硫酸盐处理水中难降解有机污染物(包括有机染料、环境内分泌干扰物和抗生素)的研究现状,探讨了不同组成及结构的MOFs及MOFs衍生材料对催化降解水中有机污染物性能的影响,指出MOFs及其衍生材料的结构设计、合成策略、不饱和的金属活性位点以及反应体系中的活性物质等是体系催化降解能力的重要影响因素。最后总结了目前基于MOFs材料活化过硫酸盐作为一种新型的高级氧化技术在水处理应用研究中存在的问题,并提出新型高效联合活化体系的构建及活化作用机制深入的探索和完善是今后研究的重点。