抗水型金属有机骨架材料强化吸附铷离子性能的研究
发布时间：2021-03-24 14:34
如何吸附富集盐湖水中高附加值的铷离子是当前研究的热点。高比表面积、高孔隙率和结构可控等优点使金属有机骨架材料（Metal Organic Frameworks,MOFs）在液相吸附分离领域大有可为。然而,MOFs在水环境下容易水解导致结构坍塌,进而吸附能力失效。因此,本文创新性的设计合成了三种不同类型的MOFs,运用表面改性提升了材料的抗水和吸附性能,为MOFs工业化应用提供了理论和数据支撑。具体研究内容如下:1.运用气相沉积法,将聚二甲基硅氧烷（PolydiMethylsiloxane,PDMS）包裹在Cu-BTC表面制备出具有抗水屏蔽效应的PDMS@Cu-BTC。BET比表面积、X射线衍射（Diffraction of X-rays,XRD）、扫描电镜（Scanning electron microscope,SEM）、接触角、红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR）和PDMS包裹量等表征和实验证实了PDMS的包覆既可以保证Cu-BTC的结构特征不变,同时也增强了其抗水性。静态吸附实验结果表明,PDMS@Cu-BTC展现...
【文章来源】：浙江师范大学浙江省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MOFs的图形示意和提高MOFs吸附性能的方法
含量大大增强催化活性。（3）金属源数量多MOFs还具有另一个优点就是用于制备MOFs的金属元素种类很多，具有原料普适性。并且，除了单一的金属中心外，混合金属MOFs材料通过不同金属离子配位结构的不同引入了不同的功能[35-37]。为了研究此类材料，本课题组针对双金属、多金属离子MOFs材料也有所研究[38]。此外，利用多种连接剂合成MOFs，可以改变MOFs的孔尺寸和灵活性，实现材料的多样性。在这一方面上，是迄今为止已知的任何结晶多孔固体材料不可比拟的。利用上述优势合成的材料，为吸附领域的应用提供了更多的可能性。图1-2相同拓扑结构的不同尺寸的配体制备等结构MOFs[34]Fig.1-2PreparationofisostructuralMOFswiththesametopologybutdifferentdimensionsorsubstitutionatthelinkers[34]（4）结构可设计性强MOFs材料的合成方式决定了其具有很好的可控性和可调性。MOFs材料的一大应用优势就是可以实现较大的孔径，孔径大小一定程度上决定了吸附限度。早有研究者发现，通过形成缺陷以扩大其孔径，与此同时也能够同时实现在MOFs中引入额外的吸附位点，这将进一步增强吸附能力。例如有一种基于单羧酸作为配体形成缺陷的方法是采用不足量的有机配体合成具有高稳定性和可裁剪孔的可控分级多孔MOFs（HP-MOF）。这个过程主要由双重作用形成：一方面，金属离子与羧酸进行配位，构成许多MOFs结构中典型的金属-羧酸团簇。另一方面，烷基链的存在会产生晶格缺陷，并增加孔隙空间，如图1-3(a-c)所示。此外，利用这种方法，可以通过改变羧酸类配体的链长和浓度来系统地调节孔径如图1-3(d-f)所示。
第1章绪论6图1-3可调孔隙和HP-MOFs的合成原理图。烷基链产生结构缺陷和额外的孔隙空间(a-c)；通过改变配体链长度和浓度，系统地调节孔径(d-f)[34]Fig.1-3SchematicillustrationofthesynthesisofHP-MOFswithadjustableporosityandUiO-66structure.Themodulatorplaysadualrole,namelythecarboxylicacidcoordinatestothemetalionfortheformationofmetal-oxoclusters,whilethealkylchaincreatesstructuraldefectsandadditionalporespace(a-c);theporediametercanbesystematicallytunedviaalteringthelengthandconcentrationofthemodulator(d-f)[34]1.2.2MOFs材料的缺点近年来，对MOFs的研究逐渐深入，MOFs材料的使用范围不断扩大，对MOFs的诸多弊端也有了进一步的发现。大多数MOFs结构是刚性的，而脆性的结构就会很容易坍塌[39]。即使是一些应用性能最好的MOFs，其独特结构的有利优势也很容易因其高的湿度敏感性而难以发挥，限制其实际应用[41-43]，比如在液相吸附、烃类分离/储存、油水分离和催化等方面，材料的抗水性能变得更加重要。同时，关于化学稳定性方面，金属节点和配体之间的配位键的性质也限制了MOFs材料可以使用的溶剂环境类型。比如使用可作为金属的良好配体如硫醇、胺甚至羧酸衍生物的应用环境会导致金属有机骨架材料不稳定。在气体吸附领域具有广泛应用的金属有机骨架材料Cu-BTC，根据文献[44]
【参考文献】：
硕士论文
[1]以Lewis酸碱效应强化铷离子在典型MOFs材料上的吸附性能研究[D]. 方瑶瑶.浙江师范大学 2018
本文编号：3097896
【文章来源】：浙江师范大学浙江省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MOFs的图形示意和提高MOFs吸附性能的方法
含量大大增强催化活性。（3）金属源数量多MOFs还具有另一个优点就是用于制备MOFs的金属元素种类很多，具有原料普适性。并且，除了单一的金属中心外，混合金属MOFs材料通过不同金属离子配位结构的不同引入了不同的功能[35-37]。为了研究此类材料，本课题组针对双金属、多金属离子MOFs材料也有所研究[38]。此外，利用多种连接剂合成MOFs，可以改变MOFs的孔尺寸和灵活性，实现材料的多样性。在这一方面上，是迄今为止已知的任何结晶多孔固体材料不可比拟的。利用上述优势合成的材料，为吸附领域的应用提供了更多的可能性。图1-2相同拓扑结构的不同尺寸的配体制备等结构MOFs[34]Fig.1-2PreparationofisostructuralMOFswiththesametopologybutdifferentdimensionsorsubstitutionatthelinkers[34]（4）结构可设计性强MOFs材料的合成方式决定了其具有很好的可控性和可调性。MOFs材料的一大应用优势就是可以实现较大的孔径，孔径大小一定程度上决定了吸附限度。早有研究者发现，通过形成缺陷以扩大其孔径，与此同时也能够同时实现在MOFs中引入额外的吸附位点，这将进一步增强吸附能力。例如有一种基于单羧酸作为配体形成缺陷的方法是采用不足量的有机配体合成具有高稳定性和可裁剪孔的可控分级多孔MOFs（HP-MOF）。这个过程主要由双重作用形成：一方面，金属离子与羧酸进行配位，构成许多MOFs结构中典型的金属-羧酸团簇。另一方面，烷基链的存在会产生晶格缺陷，并增加孔隙空间，如图1-3(a-c)所示。此外，利用这种方法，可以通过改变羧酸类配体的链长和浓度来系统地调节孔径如图1-3(d-f)所示。
第1章绪论6图1-3可调孔隙和HP-MOFs的合成原理图。烷基链产生结构缺陷和额外的孔隙空间(a-c)；通过改变配体链长度和浓度，系统地调节孔径(d-f)[34]Fig.1-3SchematicillustrationofthesynthesisofHP-MOFswithadjustableporosityandUiO-66structure.Themodulatorplaysadualrole,namelythecarboxylicacidcoordinatestothemetalionfortheformationofmetal-oxoclusters,whilethealkylchaincreatesstructuraldefectsandadditionalporespace(a-c);theporediametercanbesystematicallytunedviaalteringthelengthandconcentrationofthemodulator(d-f)[34]1.2.2MOFs材料的缺点近年来，对MOFs的研究逐渐深入，MOFs材料的使用范围不断扩大，对MOFs的诸多弊端也有了进一步的发现。大多数MOFs结构是刚性的，而脆性的结构就会很容易坍塌[39]。即使是一些应用性能最好的MOFs，其独特结构的有利优势也很容易因其高的湿度敏感性而难以发挥，限制其实际应用[41-43]，比如在液相吸附、烃类分离/储存、油水分离和催化等方面，材料的抗水性能变得更加重要。同时，关于化学稳定性方面，金属节点和配体之间的配位键的性质也限制了MOFs材料可以使用的溶剂环境类型。比如使用可作为金属的良好配体如硫醇、胺甚至羧酸衍生物的应用环境会导致金属有机骨架材料不稳定。在气体吸附领域具有广泛应用的金属有机骨架材料Cu-BTC，根据文献[44]
【参考文献】：
硕士论文
[1]以Lewis酸碱效应强化铷离子在典型MOFs材料上的吸附性能研究[D]. 方瑶瑶.浙江师范大学 2018
本文编号：3097896
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3097896.html
