气相色谱填料MnCl 2 @MOFs@γ-Al 2 O 3 的制备及其对H 2 /D 2 的分离性质研究

发布时间：2023-02-06 17:04

　　气相色谱法作为一种成熟的分离分析方法在氢同位素H2/D2的分离研究上取得了一定的进展。分离材料是气相色谱法分离氢同位素H2/D2的关键,研究表明金属-有机骨架化合物(MOFs)在液氮温度下对H2/D2具有很高的选择分离性。本文选择对氢同位素H2/D2具有良好量子筛分效应的MOFs作为研究对象,通过化学方法将MOFs负载到同样对氢同位素H2/D2具有分离选择性的γ-A1203(80-100目)上,得到MOFs@γ-Al2O3复合材料,然后用过渡金属盐MnCl2对MOFs@γ-Al2O3进行改性,得到MnCl2@MOFs@γ-Al2O3复合材料。将合成的复合材料用作气相色谱填料对氢同位素H2/D2的分离性能进行了研究。本论文的主要研究成果如下：(1)色谱填料的制备及表征：分别采用原位生长法和层层自组装法成功将MOFs化合物CPL-1和Ni-MOF-74负载到80-100目的γ-Al2O3上,得到CPL-1@γ-Al2O3和Ni-MOF-74@γ-Al2O3复合材料,然后通过浸渍法,用过渡金属盐MnCl2对其进行改性,得到MnCl2@CPL-1@γ-Al2O3和MnCl2@Ni-MOF-74...

【文章页数】：104 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 氢同位素的意义
    1.2 氢同位素分离的研究现状及存在的问题
        1.2.1 氢同位素的分离以及分离原理
            1.2.1.1 低温蒸馏
            1.2.1.2 化学交换(Girdler-Sulfide process)
            1.2.1.3 热扩散法
        1.2.2 氢同位素的分析方法
            1.2.2.1 质谱法
            1.2.2.2 红外光谱法
            1.2.2.3 拉曼光谱法
            1.2.2.4 气相色谱法
        1.2.3 气相色谱法分离氢同位素
            1.2.3.1 氧化铝
            1.2.3.2 分子筛
            1.2.3.3 玻璃微球
            1.2.3.4 Pd和Pd-Pt合金
        1.2.4 金属-有机骨架化合物材料对氢同位素H₂/D₂的分离
            1.2.4.1 金属-有机骨架化合物简介
            1.2.4.2 金属-有机骨架化合物用于氢同位素H₂/D₂分离
            1.2.4.3 金属-有机骨架化合物对氢同位素H₂/D₂分离的原理
                1.2.4.3.1 动力学量子筛分
                1.2.4.3.2 化学亲和量子筛分
            1.2.4.4 金属-有机骨架化合物作为气相色谱固定相对H₂/D₂分离所存在的问题
    1.3 课题的选题思路及本课题的研究内容
        1.3.1 课题的选题思路
        1.3.2 课题的研究内容
    本论文创新点
第二章 气相色谱填料MnCl₂@CPL-1@γ-Al₂O₃的制备及其对H₂/D₂的分离/分析性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂与设备
        2.2.2 色谱固定相材料的制备
            2.2.2.1 CPL-1@γ-Al₂O₃复合材料的制备
            2.2.2.2 MnCl₂@γ-Al₂O₃和MnCl₂@CPL-1@γ-Al₂O₃复合材料的制备
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 CPL-1@γ-Al₂O₃和MnCl₂@CPL-1@γ-Al₂O₃复合材料的红外光谱分析
        2.3.2 粉末XRD分析
            2.3.2.1 CPL-1@γ-Al₂O₃复合材料的粉末XRD分析
            2.3.2.2 MnCl₂@CPL-1@γ-Al₂O₃复合材料的粉末XRD分析
        2.3.3 SEM图和EDS能谱分析
            2.3.3.1 CPL-1@γ-Al₂O₃和MnCl₂@CPL-1@γ-Al₂O₃复合材料的SEM分析
            2.3.3.2 CPL-1@γ-Al₂O₃复合材料的EDS分析
        2.3.4 N₂吸脱附等温线
        2.3.5 复合物材料的热稳定性
            2.3.5.1 CPL-1@γ-Al₂O₃和MnCl₂@7_CPL-1@γ-Al₂O₃复合材料的TG热稳定性
            2.3.5.2 不同温度下CPL-1@γ-Al₂O₃复合材料的红外谱图分析
    2.4 结果与讨论
        2.4.1 色谱条件的选择
        2.4.2 γ-Al₂O₃和MnCl₂@γ-Al₂O₃色谱固定相材料对H₂/D₂的分离
        2.4.3 CPL-1@γ-Al₂O₃色谱固定相材料对H₂/D₂的分离
            2.4.3.1 CPL-1负载量的影响
            2.4.3.2 载气流速的影响
        2.4.4 MnCl₂@CPL-1@γ-Al₂O₃色谱固定相材料对H₂/D₂的分离
            2.4.4.1 MnCl₂负载量的影响
            2.4.4.2 载气流速的影响
    2.5 重复性验证和定量分析
        2.5.1 气相色谱法的定量分析方法
        2.5.2 氢同位素H₂/D₂的重复性验证及定量分析
    2.6 结论
第三章 气相色谱填料MnCl₂@Ni-MOF-74@γ-Al₂O₃的制备及其对H₂/D₂的分离/分析性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂与设备
        3.2.2 色谱固定相材料的制备
            3.2.2.1 Ni-MFO-74@γ-Al₂O₃复合材料的制备
            3.2.2.2 Ni²⁺@γ-Al₂O₃复合材料的制备
            3.2.2.3 MnCl₂@Ni-MOF-74@γ-Al₂O₃复合材料的制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 Ni-MOF-74@γ-Al₂O₃和MnCl₂@Ni-MOF-74@γ-Al₂O₃复合材料的表征
            3.3.1.1 Ni-MOF-74@γ-Al₂O₃和MnCl₂@Ni-MOF-74@γ-Al₂O₃复合材料的红外谱图
            3.3.1.2 粉末X-射线衍射谱图
                3.3.1.2.1 Ni-MOF-74@γ-Al₂O₃复合材料的粉末X-射线衍射谱图
                3.3.1.2.2 Ni-MOF-74@γ-Al₂O₃复合材料的XRD分析
            3.3.1.3 SEM图和EDS能谱分析
                3.3.1.3.1 复合材料的SEM图分析
                3.3.1.3.2 复合材料的EDS能谱分析
            3.3.1.4 N₂吸脱附等温线
            3.3.1.5 复合材料的热稳定性
                3.3.1.5.1 复合材料的TG热稳定性分析
                3.3.1.5.2 不同温度下复合材料的红外谱图分析
        3.3.2 固定相材料对H₂/D₂的分离性能研究
            3.3.2.1 Ni-MOF-74@γ-Al₂O₃色谱固定相材料对H₂/D₂的分离性能研究
                3.3.2.1.1 Ni-MOF-74负载量的影响
                3.3.2.1.2 载气流速的影响
            3.3.2.2 Ni²⁺@γ-Al₂O₃色谱固定相材料对H₂/D₂的分离
            3.3.2.3 MnCl₂@Ni-MOF-74@γ-Al₂O₃色谱固定相材料对H₂/D₂的分离
                3.3.2.3.1 MnCl₂负载量的影响
                3.3.2.3.2 进样量的影响
                3.3.2.3.3 载气流速的影响
        3.3.3 氢同位素H₂/D₂的重复性验证及定量分析
    3.4 结论
第四章 结论与展望
    4.1 结论
    4.2 展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书



本文编号：3736283