Cu-BTC/Cr-BTC金属有机骨架材料合成及稳定性研究

发布时间：2024-03-03 07:48

　　煤层气作为一种高效清洁能源,近年来受到各国政府的不断重视。美国、澳大利亚均已展开相关工作,并取得了重大成绩。我国政府一直重视煤层气的开发利用,但由于特殊的国情,导致大量低浓度煤层气直接排放。这不仅造成了巨大的资源浪费,还造成了严重的环境污染。因此,低浓度煤层气的有效利用是我国煤层气发展的重要课题。而低浓度煤层气的利用问题中,脱氧是关键因素。MOFs作为一种极具潜质的多孔材料,在这方面已表现出巨大的优势。然而,MOFs材料受水分子的影响极大,如何解决这一问题成为科研界的重要议题。本文选择了被广泛研究的M-BTC系列材料作为研究对象,采用溶剂热合成法,在不同条件下合成了Cu-BTC、Cr-BTC样品,并在后续的试验中详细考察了反应时间、合成温度、物料配比等各个因素对样品合成的影响,得到了最佳的反应条件。并且采用粉末X射线衍射仪(PXRD)、N2吸附等方法分析了样品的结构、性能和稳定性。主要的研究内容和结论包括以下几个方面:(1)金属有机骨架化合物Cr-BTC的最佳合成条件为:Cr(CO)6,1.09 g(5 mmol);1,3,5-苯三酸,0.623 g(3 mmol);氮氮二甲基甲酰胺,...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
    1.1 煤层气背景介绍
        1.1.1 煤层气产业在世界范围内的发展
        1.1.2 煤层气产业在中国的发展
        1.1.3 煤层气产业在中国的发展瓶颈
        1.1.4 煤层气产业在中国的未来发展方向
    1.2 金属有机骨架材料在煤层气富集中的应用
    1.3 水分子对MOFs材料结构及稳定性的影响
        1.3.1 MOFs的水稳定性
        1.3.2 水分子在MOFs上的吸附及其影响
        1.3.3 MOFs水稳定性研究方向
    1.4 选题依据及研究内容
第二章 实验条件及研究方法
    2.1 实验试剂
    2.2 实验仪器
    2.3 表征方法
        2.3.1 PXRD(粉末X射线衍射)
        2.3.2 N₂吸附等温线的测量
        2.3.3 水蒸气吸附等温线的测量
        2.3.4 氧气吸附等温线的测量
        2.3.5 MOFs稳定性测试
        2.3.6 傅里叶红外光谱(FT-IR)
        2.3.7 氧气脱附等温线的测量
        2.3.8 计算模拟方法
    2.4 物相确定及相对结晶度的计算
    2.5 MOFs材料的合成及有机分子修饰
        2.5.1 Cu-BTC的合成
        2.5.2 Cr-BTC的合成
        2.5.3 Cr-BTC的有机分子修饰
第三章 M-BTC的合成及表征
    3.1 样品物相的确定
        3.1.1 Cu-BTC物相的确定
        3.1.2 Cr-BTC物相的确定
    3.2 Cr-BTC的合成规律探索
        3.2.1 合成温度的影响
        3.2.2 反应时间的影响
        3.2.4 物料配比的影响
    3.3 Cr-BTC相关性能表征
        3.3.1 Cr-BTC氧气吸附循环测试
        3.3.2 Cr-BTC氧气吸附前后比表面积的变化
        3.3.3 Cr-BTC的氧气吸附曲线
        3.3.4 氧气脱附动力学曲线测试
    3.4 本章小结
第四章 M-BTC材料稳定性研究
    4.1 M-BTC在O₂条件下的结构稳定性
        4.1.1 M-BTC氧气吸脱附曲线
        4.1.2 M-BTC材料在氧气环境下比表面积的变化
        4.1.3 M-BTC材料在氧气环境下PXRD图谱的变化
    4.2 M-BTC材料在H₂O环境下的结构稳定性
        4.2.1 M-BTC材料的水蒸气吸脱附曲线
        4.2.2 M-BTC材料在水蒸气环境下比表面积的变化
        4.2.3 M-BTC材料在水蒸气环境下PXRD图谱的变化
    4.3 M-BTC材料在O₂-H₂O环境下的结构稳定性
        4.3.1 M-BTC材料在O₂-H₂O环境下比表面积的变化
        4.3.2 M-BTC材料在O₂-H₂O环境下PXRD图谱的变化
    4.4 计算模拟
    4.5 有机分子修饰对Cr-BTC稳定性的影响
        4.5.1 修饰后的Cr-BTC材料在O₂-H₂O环境下PXRD图谱
        4.5.2 修饰后的Cr-BTC材料N2吸脱附曲线
        4.5.3 修饰后Cr-BTC红外图谱
    4.6 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 本论文创新点
    5.3 展望及建议
参考文献
致谢
硕士期间学术成果



本文编号：3917468