金屬有機骨架材料的合成及其在氣-液體分離中的應(yīng)用.pdf

1、金屬有機骨架材料（Metal-organic frameworks，MOFs）由于具有均一的孔洞、可設(shè)計的豐富的結(jié)構(gòu)類型、可調(diào)節(jié)的化學(xué)多功能性、超高的比表面積等優(yōu)點，而在氣體吸附、催化和分離等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。針對大多數(shù)MOF在空氣中和水中不穩(wěn)定、無法模擬實際應(yīng)用等問題，本論文主要闡述了兩種穩(wěn)定的金屬有機骨架材料的合成，以及它們分別在氣體選擇性捕獲與轉(zhuǎn)化、液體油水選擇性分離中的應(yīng)用。
　　1.兩種穩(wěn)定的金屬有機骨架材料的合成

2、
　　以2，2-砜基-4，4-聯(lián)苯二甲酸為有機配體，Al(NO3)3提供Al3+作為金屬離子，采用120℃水熱合成法合成了一種含有砜基官能團的金屬有機骨架材料，我們命名為USTC-253，通過核磁共振、XRD粉末衍射、紅外光譜等表征，我們確定它和MOF-253同構(gòu)型的結(jié)構(gòu)，并且測試了其在水蒸氣條件下的穩(wěn)定性。
　　另一種穩(wěn)定的MOF是以4，4'-（六氟異亞丙基）二酞酸酐作為有機配體，CuCl2提供Cu2+作為金屬離子，85℃

3、水熱合成一種表面富-CF3的層狀MOF，通過單晶衍射、XRD粉末衍射等確定其結(jié)構(gòu)并命名為USTC-6，測試了其在水溶液中長達(dá)2個月的穩(wěn)定性，以及在pH=2到10的酸堿溶液中的穩(wěn)定性。
　　2.MOF在氣體選擇性捕獲與轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用
　　研究發(fā)現(xiàn)，含有砜基官能團的USTC-253的CO2捕獲能力相比于無砜基官能團的MOF提高了168％-182％（273K，1atm）。在USTC-253合成過程中引入三氟乙酸(TFA)，可獲得具有

4、缺陷位和配位不飽和金屬中心的USTC-253-TFA，這樣CO2捕獲能力可以進(jìn)一步提高167％，在298 K的常溫條件下，USTC-253-TFA的CO2與N2選擇性吸附因子可達(dá)75。為了將捕獲的CO2轉(zhuǎn)化利用，研究CO2捕獲與轉(zhuǎn)化之間的關(guān)系，我們發(fā)現(xiàn)，常溫常壓下USTC-253-TFA在CO2與環(huán)氧丙烷的環(huán)加成反應(yīng)中有非常好的催化活性和再循環(huán)能力，源于其較高的CO2吸附能力和結(jié)構(gòu)中同時存在的Lewis酸性位點與Brφnsted酸性位點

5、。
　　3.MOF在油水選擇性分離中的應(yīng)用。
　　USTC-6的水溶液接觸角高達(dá)132°，同時具有極好的水穩(wěn)定性。因而我們可以基于它來模擬實際的大規(guī)模的水油分離，我們將USTC-6生長在包裹了氧化石墨烯的海綿上，從而使得海綿吸附劑繼承了USTC-6優(yōu)良的疏水性。通過吸附和擠榨，海綿吸附劑可以回收自身重量1200％-4300％的不同有機溶劑。值得一提的是，我們用管路、回收桶、泵與海綿吸附劑相連搭建成了一套實驗室量級的微型連續(xù)吸