微孔金属-有机框架材料的设计与功能化及其碳捕获与轻质烃纯化的研究

发布时间：2024-05-31 05:39

　　小分子气体的分离与纯化工艺对于现代化学工业至关重要。传统的气体分离与纯化技术强烈依赖于高能源消耗和高成本的低温精馏或液体吸附剂。相比之下,基于非热驱动的吸附分离技术被认为有望取代传统的分离技术。这种吸附分离技术的分离效率一般取决于固体吸附剂的内部孔隙和表面性质。与沸石和活性炭等传统的多孔材料相比,金属-有机框架材料(MOFs)作为一种新型的多孔材料,能够实现对孔隙结构的精确调整和功能化。这些独特的性质使得MOFs在气体存储与分离领域显示出巨大的应用前景。本文围绕如何兼顾优异的气体分离性能、较高的吸附储量和低的吸附剂再生成本,如何实现对相似物理性质的混合气体的高效分离等问题,设计并制备了一系列功能化MOFs材料,探究了其对CO2捕获和轻质烃分离的性能及其机制。选用有机配体5-氨基-1,3-苯二丙烯酸与六水合硝酸锌成功合成锌基金属-有机框架材料ZJU-198。气体吸附研究表明,ZJU-198凭借其合适的窗口尺寸(3.6 A)实现了环境条件下(1.0 bar,298K)N2的零吸附,同时对CO2呈现较高的吸附储量(105.8 cm3·cm-3)。基于ZJU-198物理吸附的尺寸筛分,其对CO...

【文章页数】：156 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１８８１１对＾１（＾３结构、化学和应用的影响网

与沸石和活性炭等传统的多孔材料相比，金属－有机框架材料（ＭＯＦｓ）或多??孔配位聚合物（ＰＣＰｓ）作为一种新型的多孔材料，能够实现对孔隙结构精确的调??整和功能化。金属离子／团簇（ＳＢＵ）（图１．１［９］）与合适的有机配体可以自组装成??多种多样的ＭＯＦｓ材料。沸石材料作为一种常....

图１．２ＭＯＦＳ网状化学构成的二元框架ｔ１９］

、ｗ》Ｚ??Ａ?美「．＇“］??图１．１８８１１对＾１（＾３结构、化学和应用的影响网。＼？＾８丰富的化学结构是建立在３８１＾结??构多样性的基础上的。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｉｍｐａｃｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＳＢＵ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，?ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，?ａｎｄ?ａ....

图１．３吸附质气体分子的重要物理参数［５＼??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｉｍｐｏｒｔａｎｔ?ｐｈｙｓｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｓｅｌｅｃｔｅｄｇａｓ?ａｄｓｏｒｂａｔｅｓ［５０］．??

Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｉｍｐｏｒｔａｎｔ?ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｓｅｌｅｃｔｅｄ?ｇａｓ?ａｄｓｏｒｂａｔｅｓ［５０］．??大多数情况下，针对吸附质的分子大小、形状、极性、极化率、配位能力、??构象等（图１．３）差异来调控ＭＯＦｓ吸附剂孔结构的尺寸大小、形....

图１．４（ａ）ＵＴＳＡ－１６直径约４．５Ａ的空腔结构

Ｍｎ２＋、Ｆｅ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋、乙１１２＋）上［９４’９５］。有趣的是，ｍｍｅｎ?修饰的?Ｍ２（ｄｏｂｐｄｃ）对??Ｃ０２吸附发生了不同寻常的阶梯状“相变”。光谱、衍射和计算研究表明，这种急??剧快速的吸附行为源于一个前所未有的协同二氧化碳插入过程（图１．５?ａ和ｂ）。?....

本文编号：3985189