吡嗪类阴离子柱撑微孔材料的合成优化、成型及吸附分离性能研究

发布时间：2023-05-17 21:10

　　阴离子柱撑微孔材料是一类阴离子功能化的金属有机框架材料,具有优异的吸附分离性能,近年在低碳烃分离领域取得了重要突破,其中吡嗪类SiF62-柱撑微孔材料SIFSIX-3-Ni(SiF62’=SIFSIX,3=吡嗪)具有良好的水热稳定性,且原料相对廉价易得,具备工业化应用的前景。大规模制备和成型造粒是框架材料实现工业化的关键,但目前的成型研究普遍存在含量低、吸附分离性能下降的问题。本文对SIFSIX-3-Ni的合成方法进行系统性优化,并提出一种以聚乙烯醇缩丁醛为粘结剂的成型方法,制备出兼具高含量和优异吸附分离性能的成型颗粒,为阴离子柱撑材料微孔材料的潜在应用提供基础数据。本文通过对比SIFSIX-3-Ni五种合成工艺的反应条件、产率、对材料物化性质的影响和对环境的影响,从中选取适用于大规模制备的合成方法并对反应条件进行系统性优化,探究反应条件对产品结构、吸附性能和产率的影响,以及滤液的可循环利用性,以实现溶剂的最大化利用、降低能耗和减少排放。研究表明,SiF62-、Ni2+和吡嗪最佳配比为1:1:2,SIFSIX-3-Ni平均产率为82.2%;反应2小时后得到结构完整、性能良好的产物,反应...

【文章页数】：104 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
    1.1 引言
    1.2 金属有机框架在气体吸附分离领域的应用
        1.2.1 金属有机框架材料分离低碳烃
        1.2.2 金属有机框架材料吸附二氧化硫
    1.3 阴离子柱撑微孔材料的合成方法
        1.3.1 慢扩散法
        1.3.2 溶剂热合成法
        1.3.3 机械研磨法
        1.3.4 喷雾干燥法
    1.4 金属有机框架材料的成型与应用
        1.4.1 颗粒:球形、片状和条状
        1.4.2 泡沫与凝胶
        1.4.3 空心球、凝珠和其他形状
    1.5 本文的研究意义和内容
第二章 吡嗪类阴离子微孔柱撑材料的合成优化
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 原料与仪器
        2.2.2 SIFSIX-3-Ni的合成
            2.2.2.1 溶剂热合成法
            2.2.2.2 水热合成法
            2.2.2.3 机械研磨法
            2.2.2.4 喷雾合成法
        2.2.3 溶剂循环反应实验
        2.2.4 材料的表征
            2.2.4.1 扫描电子显微镜
            2.2.4.2 粉末X-射线衍射
            2.2.4.3 静态单组份气体吸附实验
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 SIFSIX-3-Ni合成方法
        2.3.2 水热合成法反应条件的优化
            2.3.2.1 反应物配比
            2.3.2.2 反应时间
            2.3.2.3 反应温度与活化温度
        2.3.3 溶剂循环反应实验
    2.4 本章小结
第三章 阴离子柱撑微孔材料的成型造粒
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂、气体与仪器
        3.2.2 材料的合成与处理
            3.2.2.1 SIFSIX-3-Ni的合成与处理
            3.2.2.2 SIFSIX-2-Cu-i的合成与处理
            3.2.2.3 TIFISIX-2-Cu-i的合成与处理
            3.2.2.4 GeFSIX-2-Cu-i(ZU-32)的合成与处理
            3.2.2.5 HKUST-1的合成与处理
            3.2.2.6 Mg-MOF-74的合成与处理
            3.2.2.7 MIL-101-Cr的合成与处理
        3.2.3 材料表征
            3.2.3.1 扫描电子显微镜
            3.2.3.2 粉末X-射线衍射
            3.2.3.3 热重分析
            3.2.3.4 静态单组份气体吸附实验
            3.2.3.5 比表面积和孔径分布表征
    3.3 成型方法
        3.3.1 粘结剂的配制
        3.3.2 MOFs颗粒的制备
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 粘结剂的选择与颗粒尺寸
            3.4.1.1 粘结剂的选择
            3.4.1.2 颗粒尺寸与形状
        3.4.2 成型材料的吸附性能
        3.4.3 成型工艺的普适性
        3.4.4 成型材料的表征
            3.4.4.1 成型颗粒的微观结构与孔结构
            3.4.4.2 成型颗粒的物化性质
    3.5 本章小结
第四章 阴离子柱撑微孔材料成型颗粒的吸附分离性能
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验试剂、气体与设备
        4.2.2 材料的合成
        4.2.3 单组份静态吸附
        4.2.4 二氧化硫气体静态吸附实验
        4.2.5 动态双组份气体穿透实验
        4.2.6 吸附等温线拟合及吸附热计算
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 成型颗粒基于IAST模型的分离选择性
        4.3.2 吸附等温线拟合和吸附热计算
        4.3.3 乙炔乙烯的动态分离与循环再生性
        4.3.4 成型颗粒对二氧化硫的静态吸附性能
    4.4 本章小结
第五章 结论
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果



本文编号：3818007