金属有机骨架材料MOF-5的制备及其吸附CO_2性能研究

利用水热法,通过调变水热温度和活化方法得到具有不同结构的金属有机骨架材料MOF-5。结果显示,所制备的MOF-5产量随着水热温度的升高先增加后减少,最佳水热温度为130℃,此时吸附CO_2性能最佳,重量吸附量为1.8%(质量分数)。进一步分别采用三氯甲烷和乙醇对制备的MOF-5进行活化,经活化的样品吸附CO_2性能最好,CO_2吸附容量相应的从1.8%(质量分数)增加到3.76%(质量分数),而且吸附剂在5个吸附/脱附周期内仍然保持较高的吸附容量;样品经XRD、SEM和BET检测分析表明,制备的MOF-5具有高的比表面积、孔隙率及吸附性能好的特点,有望进一步应用在储氢和环境保护等方面。

MOF@γ-Al_(2)O_(3)复合材料的制备及其选择性染料吸附性能研究

本文通过原位生长法将金属有机骨架(MOF)与γ-Al2O3相结合制备了两种MOF@γ-Al_(2)O_(3)复合材料,即UIO-66/UIO-66-NH2@γ-Al_(2)O_(3),并将其应用于选择性染料吸附性能研究。结果表明:UIO-66/UIO-66-NH_(2)@γ-Al2O3复合材料可选择性吸附阴离子染料(刚果红,CR),吸附量分别可以达到1520.91mg·g^(-1)和1598.65mg·g^(-1)。同时,UIO-66/UIO-66-NH2@γ-Al_(2)O_(3)复合材料还具备优异的稳定性,重复使用10次后对CR的选择性吸附性能基本保持不变。

锰基金属有机框架材料{[Mn_(2)(ina)_(4)(H_(2)O)_(2)]·2EtOH}_(n)的电子结构、磁性和吸附性能的理论研究

本文采用密度泛函理论研究了锰基金属有机框架(Mn-MOF)材料{[Mn_(2)(ina)_(4)(H_(2)O)_(2)]·2EtOH}_(n)的电子性质,磁学性质及吸附二氧化碳的性能,结果表明:该Mn-MOF材料是一种反铁磁耦合材料,其高的CO_(2)结合亲和力主要归因于CO_(2)(作为Lewis碱的氧孤对电子)到不饱和金属位点(Lewis酸)的较高电荷转移.本文也对实验中报道的对CO_(2)/N_(2)烟气混合物有高选择性CO_(2)吸附能力进行了验证,理论计算值与实验值有着很好的一致性.

磁性Fe_(3)O_(4)@UIO-66-NH_(2)材料的制备及其对亚甲基蓝的吸附

用水热法合成Fe_(3)O_(4),用巯基乙酸(MAA)对Fe_(3)O_(4)纳米粒子进行官能团疏基化,然后以UiO-66为模板制备出磁性金属有机骨架材料Fe_(3)O_(4)@UIO-66-NH_(2),并对亚甲基蓝进行吸附,使用扫描电镜、透射电镜等对制备的磁性材料进行表征,考察材料用量、振荡时间、pH等因素对材料吸附性能的影响。结果表明当亚甲基蓝初始浓度为4.00 mg/L、材料用量为4 mg、振荡时间为90 min、pH为9时,Fe_(3)O_(4)@UIO-66-NH_(2)对亚甲基蓝的吸附效果较佳,吸附率为45.67%,吸附量为15.03 mg/g。

金属有机骨架材料MOF-5上噻吩硫化物的吸附分离

将金属有机骨架材料应用于燃油深度脱硫研究。采用水热法合成了金属有机骨架材料MOF-5,利用XRD、N2吸附和SEM等技术对其结构进行了表征。通过测定固定床吸附穿透曲线,考察了模型燃油类型对MOF-5吸附分离噻吩效果的影响。结果表明,MOF-5对硫化物的吸附容量超过了文献报道;在脂肪油中其穿透容量和饱和容量质量分数分别为0.90%和1.92%,在芳香模型物质中其穿透容量和饱和容量质量分数分别为0.64%和1.72%。通过采用与活性炭分层填装吸附柱技术,解决了溶解水对脱硫的影响,为吸附脱硫技术提供了新思路。

硫化氢气体在金属有机骨架中吸附机理的分子模拟研究

研究硫化氢(H_(2)S)气体在金属有机骨架(Metal Organic Frameworks, MOFs)材料中的吸附机理,对应用MOFs材料控制城市地下有限空间内的H_(2)S气体具有重要意义。以不同类型的MOFs材料作为研究对象,基于Materials Studio软件建立了MOFs-H_(2)S吸附体系,应用巨正则蒙特卡洛(Rand Canonical Monte Carlo, GCMC)方法及分子动力学(Molecular Dynamics, MD)理论研究了相互作用能、吸附热、金属位点、官能团等的影响,在分子层面讨论了H_(2)S气体在MOFs中的吸附特性及机理。应用等温吸附试验验证了所使用分子模型及力场的可靠性。结果表明:不同金属位点对于吸附量有较大影响,对H_(2)S气体的吸附作用由强到弱依次为Mg^(2+)、Ni^(2+)、Co^(2+)、Mn^(2+)、Zn^(2+);亲水性官能团的引入利于H_(2)S气体的吸附捕捉;UiO-66-Cu因其团簇为网状结构更利于H_(2)S气体的捕捉与吸附。同时,该研究建立了吸附热方程,提供了MOFs吸附效果评判标准,为MOFs材料应用于城市地下有限空间吸附H_(2)S气体提供了理论依据。

新型MIL-100(Fe)基MOFs材料的制备及其对Sr^2+的吸附

采用水热法和溶剂热法制备了金属有机骨架材料——MIL-100(Fe)和MIL-100(Fe)-DMA.利用FTIR、XRD、SEM、XPS和N2吸附/脱附对材料结构进行了表征.通过静态吸附实验,探究了初始Sr^2+浓度、吸附时间、溶液pH值和不同共存阳离子对材料吸附性能的影响,研究了两种材料对Sr^2+吸附过程的吸附动力学和吸附等温线模型.表征结果表明:两种材料基本骨架一致,吸附Sr^2+对材料骨架影响均可忽略;虽然MIL-100(Fe)-DMA比表面积小于MIL-100(Fe),但由于晶粒尺寸小,堆积形成的介孔结构更有利于Sr^2+的扩散.吸附实验结果表明:随着反应时间和初始Sr^2+浓度的增加,两种材料对Sr^2+的吸附量先迅速增大再逐渐达到平衡;随着pH值的增大,两种材料对Sr^2+的吸附量增大,且碱性条件下吸附效果好;两种材料吸附过程均符合准二级动力学模型、颗粒内扩散模型和Langmuir吸附等温模型;采用三价铁盐作为铁源以及DMA作为有机溶剂可提高MIL-100(Fe)材料对Sr^2+的吸附效果.

金属有机框架材料UiO-66-(COOH)2吸附去除染料废水中的亚甲基蓝和罗丹明B

为提高对废水中阳离子染料亚甲基蓝(MB)和罗丹明B(RhB)的吸附性能,引入羧基基团,制备了表面带负电的金属有机框架材料UiO-66-(COOH)2。对所得样品进行了X射线衍射图谱分析、扫描电镜形貌分析、N2吸附脱附等温线分析、热重分析、傅里叶红外光谱分析。深入研究了UiO-66-(COOH)2对废水中MB和RhB两种染料的吸附性能和吸附机理。结果表明:由于静电作用的影响,引入羧基基团后的UiO-66-(COOH)2对MB和RhB的吸附性能均优于UiO-66的,分别超出32.4%和51.8%,且远高于活性炭吸附剂及其他羧基修饰材料的吸附量;UiO-66-(COOH)2在pH为3~10的范围内均具有较好的吸附性能,具有较强的pH适应性;吸附等温线拟合分析表明,UiO-66-(COOH)2对MB和RhB的吸附过程与Langmuir等温吸附模型吻合;吸附动力学拟合分析表明,UiO-66-(COOH)2对MB和RhB的吸附过程与准二级动力学方程吻合;经3次吸脱附循环后,UiO-66-(COOH)2对MB和RhB的吸附量分别减少了15.6%和22.5%,表明UiO-66-(COOH)2具有可再生循环使用潜力。

碱金属掺杂MIL125的CO_(2)吸附性能

以对苯二甲酸和钛酸异丙酯为原料制备金属有机骨架化合物MIL125,然后用盐溶液后浸渍法制备出系列碱金属阳离子掺杂的M@MIL125-t(M:Li^(+),Na^(+),K^(+);t:6 h,9 h,12 h)。用傅立叶红外光谱、X射线衍射和场发射扫描电镜等手段表征其微观结构和形貌,进行N_(2)等温吸脱附和CO_(2)吸附测出其比表面积及CO_(2)吸附量,研究了不同碱金属盐浸渍液和浸渍时间对MIL125的比表面积和CO_(2)吸附能力的影响。结果表明,MIL125经碱金属氯盐溶液浸渍后其结构和晶型没有明显改变,浸渍液的表面腐蚀和孔道堵塞的共同作用使MIL125晶粒的比表面积均先增大后减小;与MIL125相比,掺杂Na^(+)且浸渍9 h的比表面积(最高为2497 m^(2)/g),提高了81.5%,CO_(2)吸附量(为1.41 mmol/g)提高了72.0%。

磁性金属有机骨架材料制备及吸附性能研究

利用溶剂热法合成了CoFe_(2)O_(4)@UiO-66和NiFe_(2)O_(4)@UiO-66磁性金属有机骨架复合材料(MMOFs),以其为吸附剂对罗丹明B(RhB)溶液进行吸附。采用紫外可见分光光度计(UV)测定吸光度并计算吸附量,以其作为评价指标,考察MMOFs对RhB的吸附能力;采用X射线衍射仪(XRD)、热重分析(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)、振动磁强计(VSM)、比表面积分析仪(BET)和傅里叶红外分光光度计(IF-IR)等对CoFe_(2)O_(4)@UiO-66和NiFe_(2)O_(4)@UiO-66进行表征。结果表明,合成的磁性金属有机骨架材料的形貌均匀、结晶度高,具有高的饱和磁化强度和比表面积,MMOFs具有金属有机骨架材料和磁性材料的双重优点。CoFe_(2)O_(4)@UiO-66对罗丹明B有较高的吸附能力(最大值为63.3 mg/g),并且可以重复使用。