金屬有機骨架與活性炭復合物的制備及其CO2吸附性能研究.pdf

1、金屬有機骨架(MOF)是一類新興的多晶材料，由金屬離子和金屬簇自組裝而形成。這類多孔材料同時擁有無機材料和有機材料的特點，如較高的比表面積，超高的空隙，可控的孔道特性及結構可修飾性等優(yōu)點，使其成為最具潛力的CO2吸附與補集媒介之一。然而，MOF的空隙利用率不高，相比傳統(tǒng)吸附材料，其高昂的成本嚴重限制了其在各領域的廣泛應用。為了進一步提高其CO2吸附性能，本文選取了典型構型的MOF材料(HKUST-1)與氧化活性炭(AAC）和氨基化活性炭

2、(NAC)進行自組裝，得到HKUST-1@AC和HKUST-1@NAC兩種復合材料。采用XRD、TG、SEM、FT-IR、N2吸附脫附和Boehm滴定等手段對復合物和活性炭進行表征和分析，并測試了常溫常壓下的CO2吸附性能。本文的主要探究內容及結果如下所示:
　　(1)選用市售椰殼活性炭進行硝酸氧化和氨基化，成功制備了氨基化活性炭及一系列含氧官能團不同的活性炭并測定其表面官能團含量。結果表明當硝酸濃度較低時，溫度對活性炭含氧官能團

3、含量影響最大。在氨基化過程中，酸性官能團內酯基含量基本不變，羥基含量(0.811mmol/g)和羧基含量(2.677mmol/g)分別銳減到0.04mmol/g和0.700mmol/g，有利于判斷復合過程中堿性官能團的作用（大幅度排除了酸性官能團的干擾）。
　　(2)選用氧化AC作為摻雜基質與HKUST-1進行復合。當活性炭含氧官能團一定時，隨著摻雜量增加，復合物的性能(CO2吸附量，比表面積等孔特性)先增大后減少。其中，AAC的

4、最佳摻雜量為2％，其復合物的CO2吸附量及比表面積分別達到155.7mg/g和1145.71m2/g。當活性炭的摻雜量一定時，隨著含氧官能團含量的增加，復合物的吸附性能先大幅提升，趨于平緩后開始下降。活性炭表面官能團最佳含量為2.9mmol/L?；钚蕴康膿诫s沒有阻止晶體的形成，而是改變了Cu的化學環(huán)境，進而提高了孔隙率。同時促進晶體缺陷的形成，在活性炭與MOF的界面形成大量微孔，這些對提高CO2的吸附量均有促進作用。
　　(3)選

5、用氨基化AC作為摻雜基質與HKUST-1進行復合。結果顯示NAC的最佳摻雜量為2％，此時HKUST-1@NAC/2％的CO2吸附量達到189.9mg/g，該復合物擁有最接近CO2分子直徑的最可幾直徑1.84nm和巨大的比表面(1250.2m2/g)。通過與AAC形成復合材料的物理化學性質及CO2吸附量相比，發(fā)現NAC與HKUST-1結合更為緊密，且對復合物的微孔結構的形成有促進作用。同時，通過過程模擬示意圖可知，氨基在HKUST-1@N