对苯二甲酸铬基多孔材料的合成及吸附脱硫性能研究

发布时间：2020-10-13 11:09

　　 对苯二甲酸铬多孔材料如MIL-53(Cr)和MIL-101(Cr)因其具有较高比表面积和丰富孔隙结构等优点在诸多领域有着潜在的应用前景。然而,目前该类材料的合成需要在高温的水热条件下进行,这必然会带来高耗能和反应设备难以操控的问题,因此,对苯二甲酸铬多孔材料的低温合成是一项具有挑战性的研究工作。另外,燃油的吸附脱硫(ADS)因耗能低和易于操作等优点吸引了研究者的广泛关注,为此,新型燃油脱硫吸附剂的研发是一项热门的研究课题。针对以上课题,本论文探索了低温条件下对苯二甲酸铬多孔材料的合成,并在具有优异吸附脱硫性能对苯二甲酸铬材料MIL-53(Cr)的基础上进行了改性,研究了改性后MIL-53(Cr)的吸附脱硫性能,主要内容如下:首先,探索了低温条件下对苯二甲酸铬多孔材料的合成。在该合成体系下,探究了合成温度、合成时间、原材料的摩尔比、溶液的p H值等参数对所得材料性质的影响。研究结果表明,通过合成条件的优化,可制备出新的具有较低结晶度的对苯二甲酸铬多孔材料Cr-BDC-LT。由于Cr-BDC-LT结构的低有序性,使其能暴露出了丰富的金属催化活性位点,因而,与MIL-53(Cr)和MIL-101(Cr)相比,该材料作为催化剂在环己烯氧化反应中展现了较优异的催化性能。其次,评价了三种对苯二甲酸铬多孔材料在模拟燃油中的吸附脱硫性能,结果表明MIL-53(Cr)展现了较优异的吸附脱硫性能。为进一步改善其性能,在MIL-53(Cr)材料中尝试引入不同的金属作为吸附位点,结果发现金属银的负载对进一步提升MIL-53(Cr)的吸附脱硫性能最有效。在此基础上,系统考察了Ag负载的溶剂、负载物的浓度、煅烧时间、不同初始硫含量以及含硫分子的种类等参数对MIL-53(Cr)吸附脱硫性能的影响,发现在乙醇为溶剂、Ag与Cr原子比为0.12、空气下300℃煅烧6 h情况的吸附剂吸附DBT的效果最好。由于银与硫化物具有π相互作用,因而银负载的MIL-53(Cr)在DBT的ADS中展现出更为优异的吸附脱硫性能(94.2 mg S/g),比已报道的MIL-53(Cr)的吸附性能(86.4 mg S/g)更高。最后,针对MIL-53(Cr)-Ag吸附DBT后的再生问题,探索了MIL-53(Cr)-Ag吸附剂的再生方法,结果发现高温煅烧是一种有效的再生方法,利用此方法,吸附剂重复使用5次后其吸附量仍可达90 mg S/g,表明该材料可重复循环使用具有潜在的工业应用前景。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE624.5;O647.33
【部分图文】：

的合成方法依然是水热法，但是除去水热法，还有很多方法值得我们尝试。例如：溶剂热法、干胶合成法、室温合成法、传统电加热、微波辅助加热、电化学、机械化学和超声化学等方法。图1-2是近20年来MOFs常用的合成方法。1.2.2.1溶剂(水)热法现在MOFs合成的主流方法即为溶剂(水)热法合成，就是在反应釜加入水或有机溶剂，密闭后通过外界恒温加热使内部自生压力的方法，如图1-3所示。在后续的实验中，科研人员们发现，高通量溶剂(水)热合成可以有效的使MOFs结构优化，因而，在设计、合成新的MOFs时，首选的合成方法就是溶剂(水)热法合成。再后来的研究中，为了缩短合成时间和降低消耗，才探索出非溶剂(水)热的合成方法

)热法合成，就是在反应釜加入水或有机溶剂，密闭后通过外界恒温加热使内部自生压力的方法，如图1-3所示。在后续的实验中，科研人员们发现，高通量溶剂(水)热合成可以有效的使MOFs结构优化，因而，在设计、合成新的MOFs时，首选的合成方法就是溶剂(水)热法合成。再后来的研究中，为了缩短合成时间和降低消耗，才探索出非溶剂(水)热的合成方法，例如干胶凝胶法、电化学法、微波辅助法等等。但是就目前来说，溶剂(水)热法仍

系列材料(图1-4)。图1-4具有代表性的MOFs结构[20]1.2.2.2微波辅助合成法微波辅助合成法主要利用电磁波和移动的电荷之间的相互作用，其中移动电荷来源于溶液中的极性溶剂或固体中的电子或离子。在适当的体系中，采用适合的频率，可以使分子之间发生碰撞，进而导致动能增加，系统温度也随之增加。这种加热方法既可以实现快速加热，也使样品整体受热均匀。但是在该过程中需要注意的是溶剂和微波的选择，因为反应原料极有可能与微波辐射发生强烈的相互作用。与此同时，微波炉必须可以精准的监测整个反应过程中的温度和压力的变化，这样既可以实现反应条件的精准控制，也可以保证反应过程的安全。微波合成法的优点
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本文编号：2839087