超疏水MOF及其复合材料的设计制备及其性能研究

发布时间：2024-06-01 03:45

　　金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是由金属离子或金属簇与有机桥联配体通过自组装桥联而成的晶态多孔材料。然而,在将MOFs转化为适合商业化材料的过程中,最重要的挑战之一是其受水影响从而导致其降解,这种现象的根本原因归结于其本身对水的不稳定性以及水的普遍存在性。因此,制备疏水性MOFs是最有前途的解决方案之一。基于当前社会发展下能源及环境问题的研究背景,本论文设计制备几种具有超疏水性能的MOF复合材料并对其性能及作用机制进行了研究,具体研究内容如下:1.我们利用十八烷胺(octadecylamine,OA)与具有不饱和金属位点的MOFs之间的反应开发了一种通用的策略来构建基于MOF的超疏水/超亲油材料(S-MOF复合材料)。通过这种策略,所制备的S-MOF复合材料孔隙率和结晶度几乎保持不变,同时具有超疏水特性。该系列复合材料对有机溶剂表现出高的吸附能力,并且在无外部压力情况下具有出色的油水分离性能,且循环十轮后分离性能基本保持不变。2.MOFs极差的湿度或水稳定性已成为其在工业领域和实际应用中的艰巨挑战。在这项研究中,利用超疏水多孔聚合物限域策略...

【文章页数】：139 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 金属有机框架材料发展简介
    1.2 疏水MOFs材料简介
    1.3 疏水MOFs材料的合成
        1.3.1 基于疏水配体构筑的疏水性MOFs
        1.3.2 PSM策略导入疏水特性
        1.3.3 使用疏水单元引入外表面褶皱
        1.3.4 疏水MOFs复合物
        1.3.5 疏水MOFs表征中存在的挑战
    1.4 疏水性MOFs材料及其复合材料的应用前景
        1.4.1 疏水MOFs及其复合材料应用于碳氢化合物储存/分离领域
        1.4.2 疏水MOFs及其复合材料应用于油水分离领域
        1.4.3 疏水MOFs及其复合材料应用于催化领域
        1.4.4 疏水MOFs及其复合材料的其他应用
    1.5 选题依据及目的
第二章 超疏水/超亲油MOF复合材料的制备及其油水分离性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验原料
        2.2.2 实验仪器
        2.2.3 UiO-66的合成
        2.2.4 MIL-101(Cr)的合成
        2.2.5 ZIF-67的合成
        2.2.6 HKUST-1的合成
        2.2.7 超疏水型S-MOF复合材料的合成
        2.2.8 超疏水S-MOF复合材料的溶剂吸附实验方案
    2.3 结构测试与表征
        2.3.1 超疏水型S-MOF复合材料的PXRD分析
        2.3.2 超疏水型S-MOF复合材料的化学稳定性
        2.3.3 超疏水型S-MOF复合材料的FI-IR分析
        2.3.4 超疏水型S-MOF复合材料的X-射线光电子能谱(XPS)分析
        2.3.5 超疏水型S-MOF复合材料的SEM分析
        2.3.6 超疏水型S-MOF复合材料的EDSmapping分析
        2.3.7 超疏水型S-MOF复合材料的接触角分析
        2.3.8 超疏水型S-MOF复合材料的气体吸附分析
    2.4 油水分离性质研究
        2.4.1 S-MOF复合材料对有机溶剂的吸附性能研究
        2.4.2 S-MOF复合材料的油水分离性能研究
        2.4.3 S-MOF复合材料的重复使用能力研究
    2.5 本章小结
第三章 超疏水多孔聚合物限域ZIF-8复合材料的制备及其在潮湿环境下的催化性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料
        3.2.2 实验仪器
        3.2.3 ZIF-8的制备
        3.2.4 PDVB-vim的制备
        3.2.5 PDVB-vim/ZIF-8 复合材料的制备
        3.2.6 PDVB-vim/ZIF-8 复合材料作为超疏水型催化剂的性能评估
    3.3 结构测试与表征
        3.3.1 PDVB-vim/ZIF-8 复合材料的PXRD分析
        3.3.2 PDVB-vim、ZIF-8 以及PDVB-vim/ZIF-8 复合材料的FI-IR分析
        3.3.3 PDVB-vim/ZIF-8 复合材料的Raman分析射分析
        3.3.4 PDVB-vim/ZIF-8 复合材料的微观形貌及EDSmapping分析
        3.3.5 PDVB-vim/ZIF-8 复合材料的N2吸附及比表面积分析
        3.3.6 PDVB-vim/ZIF-8 复合材料的孔分布
        3.3.7 PDVB-vim/ZIF-8 复合材料的CA测试
        3.3.8 PDVB-vim/ZIF-8 复合材料的热重分析(TGA)
    3.4 性质研究
        3.4.1 PDVB-vim/ZIF-8 的催化性质研究
        3.4.2 PDVB-vim/ZIF-8 的可循环利用性研究
        3.4.3 PDVB-vim/ZIF-8 作为催化剂可能的催化机理
    3.5 本章小结
第四章 三氟甲基功能化MOFs超疏水材料的制备及其催化CO2 转换研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验原料
        4.2.2 实验仪器
        4.2.3 MIL-101(Cr)-NH2的制备
        4.2.4 MIL-101(Al)-NH2的制备
        4.2.5 UiO-66(Zr)-NH2的制备
        4.2.6 UiO-66(Hf)-NH2的制备
        4.2.7 MOF-CF₃材料的制备
        4.2.8 MOF-CF₃材料催化CO2固定反应的性能评估
    4.3 结构测试与表征
        4.3.1 MOF-CF₃材料的粉末X-射线衍射(PXRD)分析
        4.3.2 MOF-CF₃材料的FI-IR分析
        4.3.3 MOF-CF₃材料的化学稳定性研究
        4.3.4 MOF-CF₃材料的形貌分析
        4.3.5 MOF-CF₃材料的X-射线光电子能谱(XPS)分析
        4.3.6 MOF-CF₃材料的气体吸附性能研究
        4.3.7 MOF-CF₃材料的浸润性分析
        4.3.8 MOF-CF₃材料的热重分析
        4.3.9 MOF-CF₃材料的Py-IR分析
    4.4 性质研究
        4.4.1 MOF-CF₃材料催化CO2环加成性能研究
        4.4.2 MOF-CF₃材料CO2环加成的循环使用能力研究
        4.4.3 MOF-CF₃材料CO2环加成的可能机理
    4.5 本章小结
第五章 结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果
致谢



本文编号：3985513