异烟酸系列MOFs的结构转化及氨吸附研究

发布时间：2018-02-25 22:15

  本文关键词： 雾霾 PM2.5 脱氨 金属有机骨架材料 柔性可逆转化　出处：《太原理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：雾霾污染作为近几年我国最关注的环境污染问题,已经引起了全国人民的高度重视。经过调查发现,NH3是雾霾形成的重要因素,铵盐在PM2.5中的含量可高达40%-60%。而我国常年往大气中排放NH3量为1020万吨,造成严重污染隐患。长久以来,我国对NH3污染的重视程度不够,没有任何NH3的减排任务和防治措施,因此在科学绿色发展的今天,对NH3源的控制和治理是一项紧迫的任务。在众多的脱氨方法中,吸附法具有吸附量大,结合稳定,吸附剂可重复使用等优点,因此可逆脱氨吸附剂的研究是解决脱氨技术的重点课题。金属有机骨架材料(简称MOFs),是由金属和多齿有机配体配位形成的一类具有特殊孔道结构的材料,其具有结构多样性,比表面积大,孔道可调变,结构可柔性变化等特点,在择形及手性催化、吸附分离、气体储存、光学磁学等方面拥有诱人的应用前景。M(INA)2 (M=Cu, Co, Ni, Zn, Cd)系列MOFs材料则具有对NH3这类极性分子有极好的吸附性能,并且基于其柔性性质,在吸附前后可达到结构的可逆变化。本文通过水热合成和吸附转化法得到了M(INA)2, M(INA)2(H2O)4和M(INA)2(H2O)2(NH3)2,探究了金属与配体比例、溶剂、温度和晶化时间对晶体形成影响的规律；研究了Cu(INA)2对I2、NH3的吸附转化过程；对M(INA)2、M(INA)2(H2O)4和M(INA)2(H2O)2(NH3)2这三类材料的吸脱氨转化性能进行了探讨。采用XRD、SEM、FT-IR、TG-MS、NH3-TPD、低温氮气吸附、CHN元素分析等表征手段分析了样品的组成、孔结构、形貌特征和热稳定性,并且对样品的气体吸附性能进行了检测。主要研究内容和结论有以下几方面：第一,本文采用水热合成法,以Cu(NO3)2-3H2O和HINA为原料,在水和乙醇的混合溶剂条件下得到Cu(INA)2。研究了金属与配体比例、溶剂比例、温度和时间对晶体合成的影响规律,得到了最佳的合成条件为：Cu(NO3)2·3H2O/HINA=1:2,溶剂水/乙醇=1：1,温度80℃,反应时间1天,用20 ml玻璃小瓶在常压条件下即可合成得到。另外对副产物Cu(INA)2(H2O)4通过150℃加热脱水也能转化成Cu(INA)2。Cu(INA)2存在特异的柔性结构转化性质,常温条件下,三维的Cu(INA)2可在氨水蒸汽或氨溶液环境下化学吸附NH3转化为超分子结构Cu(INA)2(H2O)2(NH3)2,并在150℃加热后可转化为原有结构。在60℃-120℃温度状况下,三维的Cu(INA)2可吸碘转化成为二维的Cu(INA)2I2,其转化过程与转化温度、碘浓度有关,适当的提高温度,较高的碘浓度都有助于吸碘转化的进行,并且转化后的材料在150℃加热后也可达到可逆转化。Cu(INA)2的可逆吸脱附转化性质表明了材料在NH3、12上的吸附储存应用。第二,通过Cu(INA)2的转化性质的延伸,采用水热合成法,得到了M(INA)2(H2O)4(M= Co, Ni, Zn, Cd)系列材料,和M(INA)2(H2O)2(NH3)2 (M=Co,Ni)新材料。M(INA)2(H2O)4和M(INA)2(H2O)2(NH3)2都在150℃的热处理后,可以脱水或脱氨转化为对应的M(INA)2 (M= Co, Ni, Zn, Cd),并且M(INA)2又可通过吸H20或吸NH3转变为M(INA)2(H2O)4和M(INA)2(H2O)2(NH3)2.我们由此验证了M(INA)2(H2O)4、M(INA)2、 M(INA)2(H2O)2(NH3)2这三类材料的可逆转化关系。转化后得到的Cu(INA)2依旧保存着良好的三维孔道结构,其对C02和CH4具有较大的吸附量,在1 bar,298 K状况下的吸附量分别为45.91 cm3/g,34.85 cm3/g。而M(INA)2(M=Cu,Co,Ni,Zn,Cd)系列材料在有水条件和无水条件都有较好的NH3吸附量,吸附效果为(1 bar,298 K)：在水环境下的吸氨量分别为6.4 mmol/g, 6.5 mmol/g,6.4 mmol/g,6.0 mmol/g,5.2mmol/g。无水环境下的氨吸附量为13.00 mmol/g,14.14 mmol/g,14.48 mmol/g,9.65 mmol/g,9.97mmol/g。
[Abstract]:Haze pollution as a problem of environmental pollution in China in recent years the most attention, has already caused the attention of people across the country. After an investigation found that NH3 is an important factor in the formation of haze, the content of PM2.5 in ammonium salt can be as high as 40%-60%. and China's NH3 emissions into the atmosphere in the annual volume of 10 million 200 thousand tons, causing serious pollution problems. For a long time, our country attaches great importance to the NH3 pollution degree is not enough, the emission reduction task and prevention measures of no NH3, so in the development of green science today, control and governance of the NH3 source is an urgent task. In the deamination of various kinds of methods, adsorption method has high adsorption capacity, combined with the stability. The adsorbent can be reused, so the study of reversible deamination of adsorbent is the key issue of ammonia technology. Metal organic frameworks (MOFs), is made of metal and organic ligand coordination of a class of special form 瀛旈亾缁撴瀯鐨勬潗鏂，

本文编号：1535350