ZIF-8@TiO_(2)复合材料的制备及光催化性能

本研究采用水热法制备了一种新型的高效光催化微米复合材料ZIF-8@TiO_(2),并比较了ZIF-8、TiO_(2)纳米球和ZIF-8@TiO_(2)光催化降解罗丹明B的能力。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪、X射线光电子能谱(XPS)仪、紫外-可见漫反射光谱(DRS)仪、傅里叶变换红外光谱(FTIR)仪和比表面积测量(BET)仪对合成的材料进行了表征。结果表明,TiO_(2)纳米球在ZIF-8表面均匀生长,ZIF-8和TiO_(2)通过化学键连接在一起。ZIF-8和TiO_(2)的协同作用大大增强了复合光催化剂的催化能力。其中ZIF-8@TiO_(2)复合材料的ZIF-8为电荷分离器中光生电子转移提供了一种新的方式,以降低电荷复合率。由于该混合物结合了ZIF-8和TiO_(2)的优点,ZIF-8@TiO_(2)显示出优异的光催化降解罗丹明B的能力。同时讨论了复合光催化剂可能的光催化机理。

PEI功能化乙酸锌辅助机械化学法合成的ZIF-8吸附CO_(2)性能研究

为开发高效且适合大规模生产的CO_(2)吸附剂,采用乙酸锌为辅助研磨物,ZnO为金属前驱体,利用机械化学法高效合成高比表面积的ZIF-8材料,考察了机械化学法的合成条件及优势,采用湿浸渍法将聚乙烯亚胺(PEI)负载到ZIF-8材料中,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和N2吸附-脱附等进行表征,评价其CO_(2)吸附性能。结果表明:机械化学法可在短时间内高效合成ZIF-8材料,其收率高达80.7%。机械化学法显著减少了有机溶剂和有机配体的用量,所合成的ZIF-8具有更小的粒径。PEI的加入显著提高了ZIF-8的CO_(2)吸附性能,其中PEI负载量为60%(质量分数)的吸附剂在50℃的吸附量最高,达到90.21 mg/g,较ZIF-8提高约14倍。此外,该复合材料还表现出良好的稳定性和再生性,在CO_(2)吸附领域具有广阔的应用前景。

ZIF-8改性自具微孔聚合物膜的制备及其对CO_(2)的分离性能

为了提高自具微孔聚合物(PIMs)膜对CO_(2)的分离效果,对PIM-1膜进行功能化改性。首先,将PIM-1膜通过水解、置换等作用引入Zn2+离子,再将改性后的PIM-1膜浸泡在2-甲基咪唑的甲醇溶液中,于室温下在膜表面生长类沸石咪唑酯框架-8(ZIF-8)选择层,经过硅橡胶填补后得到无缺陷ZIF-8改性PIM-1膜(pZIF-8@PIM-1),并对其性能和结构进行测试和表征。结果表明:在离子改性后的PIM-1膜表面成功生长了厚度约0.8μm的ZIF-8选择层,晶体尺寸大小均匀,粒径直径在200 nm左右;与PIM-1纯膜相比,由于多价金属离子交联及ZIF-8选择层的存在,pZIF-8@PIM-1的CO_(2)扩散系数明显下降,CO_(2)/N_(2)扩散选择性有所上升,由0.89提升到1.01;ZIF-8中含氮有机杂环与CO_(2)之间的Lewis酸碱作用及2-甲基咪唑环上静电势对CO_(2)的亲和作用,使得pZIF-8@PIM-1的CO_(2)溶解度系数上升,且CO_(2)/N_(2)溶解选择性也得到提升,由18.56提升到20.31;改性后的PIM-1膜CO_(2)/N_(2)扩散选择性及CO_(2)/N_(2)溶解度选择性的双重提升共同促进了CO_(2)/N_(2)分离系数的提升,由原膜的16.57增加到20.43,具有良好的CO_(2)分离性能。

ZIF-8/PEO杂化泡沫对TC和Cu^(2+)吸附研究

以提高金属有机骨架ZIF-8水处理中可回收性为目标,利用聚氧化乙烯PEO作为致孔剂,采用冰模板-冷冻干燥法制备金属有机骨架杂化泡沫ZIF-8/PEO,利用XRD、SEM、TG-DSC和N2吸附-脱附等表征手段,分析ZIF-8/PEO杂化泡沫的理化性能,研究ZIF-8/PEO对四环素TC和铜离子Cu^(2+)吸附性能及吸附机理。试验结果表明:ZIF-8/PEO形成了更加规则的网状结构且具有良好的机械强度和吸附性能。在吸附时间12 h,pH 7,吸附剂投加量40 mg,TC和Cu^(2+)初始浓度均为30 mg/L的最佳条件下,ZIF-8/PEO对TC和Cu^(2+)的吸附容量为107.55 mg/g和107.81 mg/g;等温吸附过程符合Langmuir模型,动力学过程符合拟二级动力学模型,ZIF-8/PEO吸附TC,Cu^(2+)属于自发、放热、趋于有序的过程。在循环吸附7次后,ZIF-8/PEO吸附剂对TC和Cu^(2+)的去除率仍在70%以上。

ZIF-8修饰同质异相结TiO_(2)的光催化固氮性能研究

光照条件下合成了微量ZIF-8定向修饰同质异相结TiO_(2)的ZIF-8/TiO_(2)复合材料以提高TiO_(2)的光催化固氮能力.利用X射线衍射(XRD)、场发射电子扫描显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、UV-Vis漫反射谱、电化学阻抗谱等对合成材料的结构组成、形貌及光电性能等进行表征.结果表明,适量的ZIF-8修饰除了能显著增加TiO_(2)复合材料的比表面积和改善孔径分布范围之外,还能增强对可见光的吸收能力以及光生电荷的分离能力.光催化测试结果表明,ZIF-8/TiO_(2)-3复合材料的平均固氮速率达到了742μmol·L^(-1)·g^(-1)·h^(-1),约为同质异相结TiO_(2)的3.78倍,ZIF-8的3.71倍.经5次光催化循环后其光催化性能几乎没有衰减,表现出较好的光催化固氮活性和高的稳定性.为光催化固氮材料的设计提供了参考.

掺Mg^(2+)的ZIF-8材料的制备及抗菌和促成骨性能研究

金属有机框架材料被广泛应用于种植体、骨修复等医疗领域。选用二甲基咪唑为有机配体,Mg^(2+)、Zn^(1+)为金属结节,通过溶剂热法在室温下成功合成纳米级Mg@ZIF-8有机框架材料。Mg@ZIF-8纳米颗粒为正十二面体结构,粒径为200~400 nm,具有Mg–N、Zn–N、C–N、C=C、C=N、C-H官能团,在酸性微环境下不稳定,以上物理表征与ZIF-8相似。抗菌实验结果表明:随着Mg^(2+)浓度的升高,Mg@ZIF-8对大肠杆菌的抗菌性能逐步提高,而且一定浓度的Mg^(2+)对金黄色葡萄球菌的抗菌性能也有所提高。体外矿化实验表明:Mg^(2+)能够促进钛片表面P、Ca的沉积。Mg@ZIF-8有机框架材料在植入物领域有良好的应用前景。

MnO_(2)-ZIF-8-SiO_(2)多孔纳米纤维的制备及甲醛催化性能研究

为解决较低甲醛浓度下纳米催化材料效率低的问题,设计了集甲醛吸附降解催化于一体的功能型复合纳米纤维材料,以提高对甲醛的催化效率。通过水热原位生长法在SiO_(2)纳米纤维上生长ZIF-8纳米颗粒,并采用原位合成法合成水钠锰矿型MnO_(2)制备出MnO_(2)-ZIF-8-SiO_(2)多孔纳米纤维材料。研究ZIF-8纳米颗粒与水钠锰矿型MnO_(2)协同催化降解甲醛性能,结果表明:ZIF-8-SiO_(2)在生长8 h时,纤维上的ZIF-8呈现立方体结构且分布均匀为较佳生长时间;此外在浴比为1:1000时,通过动力学分析MnO_(2)-ZIF-8-SiO_(2)多孔纳米纤维材料动力学常数k达1.72×10^(-1)h^(-1),并且甲醛降解率可达72.2%,说明纤维材料负载ZIF-8后的MnO_(2)-ZIF-8-SiO_(2)多孔纳米纤维材料对甲醛的降解性能较好。

ZIF-8/PSF复合膜的制备及其CO_(2)分离性能研究

由无机填料和有机基质组成的混合基质膜(MMMs)被广泛认为在CO_(2)分离中发挥着重要作用.本研究开发了一种逐层复合工艺,即通过浸涂-热转换制备与载体结合强度高的ZIF-8薄膜层,而后涂覆PSF聚合物溶液使其与ZIF-8膜层紧密结合得到ZIF-8/PSF混合基质复合膜.ZIF-8/PSF复合膜展现出CO_(2)优先渗透性能,对于等摩尔CO_(2)/CH_(4)混合气分离,CO_(2)渗透率为1.5×10^(-8)mol/(m^(2)·s·Pa),CO_(2)/CH_(4)的选择性为39.此外,ZIF-8/PSF复合膜具有优异的耐温性、耐压性、以及长周期稳定性.

ZIF-8/TiO_(2)复合介观晶体的制备及光催化活性

TiO_(2)的微观形貌、颗粒尺寸及比表面积是影响其光催化活性的重要因素,介观晶体是一类由无机纳米粒子沿着相同的结晶轴方向有序排列的超结构材料,在光催化领域具有重要的研究价值。本工作分别以六氟钛酸铵和硼酸为钛源和氟离子捕获剂,以无水乙醇和去离子水的混合溶液为溶剂,采用简单绿色的方法制备了NH4TiOF3介观晶体前驱体,然后用硼酸溶液酸洗,使NH4TiOF3介观晶体通过拓扑转变形成TiO_(2)介观晶体。最后采用沸石咪唑骨架材料ZIF-8纳米粒子对TiO_(2)介观晶体进行修饰,制备了ZIF-8/TiO_(2)复合介观晶体材料,并研究了其光催化降解亚甲基蓝的活性。实验结果表明,ZIF-8纳米粒子能够均匀生长在TiO_(2)介观晶体表面,形成比较致密的包覆层。ZIF-8/TiO_(2)复合介观晶体光催化剂具有较高的比表面积和较窄的禁带宽度,其光生电子和空穴的分离效率得到一定程度的提高。其中,样品M-TiZIF-2(加入4 mmol硝酸锌的复合介观晶体)展现出最高的光催化活性,其一级反应速率是TiO_(2)介观晶体的42倍,是ZIF-8单元材料的16倍。总之,在ZIF-8纳米粒子和TiO_(2)介观晶体的协同作用下,ZIF-8/TiO_(2)复合介观晶体材料显示出更优异的光催化性能。

Sn掺杂ZIF-8衍生ZnO纳米材料的制备及其NO_(2)传感性能

具有高灵敏度、低检测限的半导体气体传感器不仅在环境监测中具有重要意义,而且在痕量气体检测中也具有潜在的应用.在本研究中,我们采用溶液法及固相烧结等方法相结合成功地合成Sn掺杂ZIF-8衍生的ZnO纳米材料,使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及傅里叶变化红外光谱分析仪(FT-IR)表征了材料的物相、形貌结构及官能团.本研究制备的ZnO:Sn传感器在180℃下对200 ppm的NO_(2)具有超高的响应(2495)、快速的响应/恢复时间(52/9 s)和低的检测限(0.5 ppb)等出色的气敏性能.ZnO:Sn传感器优异的气敏性能主要归因于ZIF-8衍生的ZnO所具有的多孔结构、大的比表面积及Sn掺杂引起的电子敏化作用.Sn掺杂能显著提高ZnO对NO_(2)的气敏性能,有望应用于低浓度NO_(2)高灵敏性的检测与传感.

Ag_(2)CO_(3)/ZIF-8/CF复合材料光催化降解四环素的研究

通过醇热法和共沉淀法制备Ag_(2)CO_(3)/ZIF-8/CF复合材料,采用XRD、SEM、XPS、UV-vis和PL进行表征。以四环素(TC)为降解对象,探讨Ag_(2)CO_(3)/ZIF-8/CF复合材料的光催化性能。结果表明:与ZIF-8/CF和Ag_(2)CO_(3)/CF相比,Ag_(2)CO_(3)/ZIF-8/CF表现出更强的光催化活性,可见光照射30 min后TC的降解率高达92%。另外,经5次循环降解测试后,样品降解效率仍可保持在90%左右,这表明Ag_(2)CO_(3)/ZIF-8/CF复合光催化材料具有较好的稳定性和可重复使用性。

PVA/ZIF-8-NH_(2)混合基质膜的制备及渗透汽化分离性能

通过将氨基改性ZIF-8-NH_(2)加入聚乙烯醇(PVA)制备了混合基质膜。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、接触角和溶胀度测定等方法表征混合基质膜的结构与性能。通过混合基质膜渗透汽化正丁醇脱水实验发现,ZIF-8-NH_(2)含量为10%的混合基质膜,在40℃下的85%正丁醇/水混合液中的渗透汽化分离性能相对较好。

二次生长法制备ZIF-8膜及其对CO_2/N_2的分离性能

采用二次生长法在α-Al2O3载体上制备超薄型ZIF-8膜,研究了多种轻分子气体以及混合气体CO2/N2的渗透分离性能。通过SEM和XRD表征了ZIF-8晶种层的晶种涂布状态,以及ZIF-8晶体膜的生长覆盖度和晶膜厚度。研究结果表明:采用低浓度的晶种悬浮液通过浸润式连续多次涂布法,有利于获得晶种层厚度均匀且覆盖度高的超薄均匀ZIF-8晶种层,经过二次生长后所得ZIF-8膜的覆盖度高、厚度均匀且较薄,仅约为8.8?m;在所测试范围内的CO2/N2混合气体中,此ZIF-8膜对CO2具有优先选择透过性,其对CO2/N2的渗透分离因子随温度的升高而降低,随渗透压力的增加而增加,在298 K、406 kPa和CO2组分含量为50%时,该分离因子能达到6,显著超过Knudsen扩散的分离系数。

ZIF-8基杂化膜的制备及其对水中金属离子的吸附

采用溶胶-凝胶法制备了沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8),在此基础上制备了ZIF-8基杂化膜,采用XRD、FTIR、SEM和EDS等手段对其进行了表征,考察了杂化膜在单金属离子溶液及Pb^(2+)、Cu^(2+)和Cr^(3+)混合溶液中对金属离子的吸附效果。结果表明:在单金属离子溶液中,杂化膜对Pb^(2+)的吸附量最大;在混合溶液的竞争性吸附中,杂化膜D30(ZIF-8质量分数30%)室温下对Cu^(2+)吸附效果最好,对Cr^(3+)吸附效果略差,而对Pb^(2+)吸附效果更差,显示一定的优先吸附选择性。杂化膜D30对Cu^(2+)的吸附适合采用Lagergren准一级动力学模型进行描述,该吸附是一个吸热过程,可自发进行。

缺陷工程提高ZIF-8催化CO_(2)环加成性能

CO_(2)的催化转化是实现碳减排的重要手段。金属有机框架ZIF-8可催化CO_(2)与环氧化合物环加成制备环状碳酸酯。为通过缺陷工程提高ZIF-8的催化活性,将其在200℃、空气气氛热处理7 h。用SEM、TEM、XRD、FT-IR、UV和XPS对材料进行表征。结果表明,热处理消除了部分有机配体2-甲基咪唑,在ZIF-8中产生大量缺陷,使更多的Zn活性位点暴露在表面。以CO_(2)与环氧氯丙烷环加成为模型反应,考察缺陷工程对催化活性的影响,并对反应条件进行优化。结果表明,与ZIF-8相比,缺陷ZIF-8(DZIF-8)的催化活性大幅提高,在100℃、3.0 MPa、DZIF-8用量50 mg、环氧氯丙烷6 mL条件下反应16 h,环氧氯丙烷完全转化。DZIF-8重复使用6次后,环氧氯丙烷转化率下降到89.1%,显示出较高的稳定性。

AMS-8-NH_2的合成及其对ODN的负载释放

以阴离子表面活性剂肉豆蔻酰基谷氨酸钠(C14GluA-Na)为模板剂,3-氨丙基三甲氧基硅烷(APS)为辅助结构导向剂,合成了介孔材料AMS-8-NH2,并结合XRD分析、N2吸附/脱附技术及29Si魔角旋转核磁共振(MAS NMR)等技术手段对纳米孔洞材料AMS-8-NH2进行了表征.结果表明,AMS-8-NH2是高度有序的纳米孔洞材料,其孔径和比表面积分别为3.2nm和706m2/g;有机胺基团通过化学键连接在材料内表面,这些基团的覆盖度达到25%.以AMS-8-NH2为载体,寡核苷酸(ODN)为模型生物分子研究在不同条件下AMS-8-NH2对ODN的吸附和释放性能,实验结果表明,当ODN浓度一定时,溶液的pH值越低,对ODN的吸附量越大,pH=4.7时对ODN的最大负载量可达214mg/g;在释放过程中,材料对ODN具有较高的缓释能力,随环境pH值增加,释放量增加.

M/ZIF-8纳米复合物的制备及其CO_2的吸附性能

一种新的策略来通过掺杂金属离子提高ZIF-8材料的金属活性位,并保持相同的孔道结构对CO_2进行吸附。掺杂金属离子的ZIF-8(M/ZIF-8,M=Cu^(2+)、Co^(2+)、Ni^(2+))是M^(2+)、Zn^(2+)和2-甲基咪唑加入到甲醇和氨水的溶液中,在室温条件下磁力搅拌合成。结构表明:ZIF-8和M/ZIF-8形态并没有发生改变,仍保持原来的孔道结构,但样品的比表面积和孔容减少;Cu^(2+)和Ni^(2+)改性的ZIF-8的CO_2吸附量增加,Cu^(2+)改性的ZIF-8样品具有最高的CO_2吸附量,达到了23.88 mg·g^(-1)。

N2优先渗透ZIF-8复合膜的制备及其CO2捕集

为了获得经济节能的烟道气CO2回收方法,制备了一种新型的N2优先渗透ZIF-8复合膜。以柔性聚砜(PSf)多孔膜为支撑层,采用Zn2+与壳聚糖的交联溶液对聚砜支撑层表面改性,使Zn2+固定在PSf膜表面;然后与2-甲基咪唑(Hmim)配位得到ZIF-8晶种层;最后通过界面聚合法二次生长制得ZIF-8复合膜。采用FTIR、XRD及SEM对ZIF-8复合膜的形貌结构进行表征,结果显示成功制备了致密的ZIF-8复合膜。在进料气为纯气条件下,探究了二次生长时间、Zn2+溶液的浓度、测试时间及测试压力对ZIF-8复合膜N2/CO2分离性能的影响,阐明其N2优先渗透机理;并进一步考察了混合气分离性能。结果表明:在25℃和0.1 MPa下,最优ZIF-8复合膜的N2渗透性为523 GPU,N2/CO2选择性为19;同条件下混合气的N2渗透性和N2/CO2选择性分别为517 GPU和18。所制备的ZIF-8复合膜可以使N2优先渗透,实现烟道气中高浓度N2渗透,低浓度CO2截留在膜的上游侧。原因主要是ZIF-8复合膜含有较多的CO2强吸附位点,使CO2被吸附在膜内不易从膜的下游侧脱附,渗透性小,而N2优先渗透,这为N2优先渗透膜的制备提供了一种新思路。

金属有机骨架材料ZIF-8(I_2)的湿敏性能

采用甲醇为溶剂合成了ZIF-8(分子筛咪唑酯骨架化合物)纳米晶材料,将碘成功掺入其(ZIF-8(I2))孔笼中。并且通过X射线衍射对ZIF-8进行了晶体结构表征,通过扫描电子显微镜对ZIF-8与ZIF-8(I2)进行了晶体形貌的表征。以ZIF-8(I2)为基体材料,采用涂膜法将其涂覆在Ag-Pd叉指电极上,制作成湿敏元件。对元件的湿敏性能进行测试,并且分析了ZIF-8(I2)的感湿机理。结果表明,中高湿条件下,元件阻抗随湿度变化的曲线有良好的线性关系,响应时间仅为25s,湿滞约为7%。

基于ZIF-8固定载体复合膜的制备及CO_(2)分离性能研究

制备高效分离CO_(2)/N_(2)的气体分离膜一直是气体膜分离领域中的研究热点.采用简便的滴涂制膜方法,以聚砜(PSf)超滤膜为底膜、聚二甲基硅氧烷(PDMS)为过渡层,在制备PVAm-PEA分离功能层过程中直接引入ZIF-8纳米颗粒,制备了高选择性分离CO_(2)/N_(2)的新型固定载体复合膜.通过表征和性能测试,考察分析ZIF-8及其含量对复合膜形貌与气体渗透性能的影响.结果表明,ZIF-8颗粒的加入使复合膜表面形貌较空白膜粗糙,CO_(2)渗透速率降低了43%,CO_(2)/N_(2)分离因子增加了220%.在0.1 MPa条件下,ZIF-8质量分数为0.05%时,CO_(2)渗透速率为59 GPU,CO_(2)/N_(2)分离因子为202.