本文關鍵詞： 霧霾 PM2.5 脫氨 金屬有機骨架材料 柔性可逆轉化　出處：《太原理工大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：霧霾污染作為近幾年我國最關注的環(huán)境污染問題,已經(jīng)引起了全國人民的高度重視。經(jīng)過調查發(fā)現(xiàn),NH3是霧霾形成的重要因素,銨鹽在PM2.5中的含量可高達40%-60%。而我國常年往大氣中排放NH3量為1020萬噸,造成嚴重污染隱患。長久以來,我國對NH3污染的重視程度不夠,沒有任何NH3的減排任務和防治措施,因此在科學綠色發(fā)展的今天,對NH3源的控制和治理是一項緊迫的任務。在眾多的脫氨方法中,吸附法具有吸附量大,結合穩(wěn)定,吸附劑可重復使用等優(yōu)點,因此可逆脫氨吸附劑的研究是解決脫氨技術的重點課題。金屬有機骨架材料(簡稱MOFs),是由金屬和多齒有機配體配位形成的一類具有特殊孔道結構的材料,其具有結構多樣性,比表面積大,孔道可調變,結構可柔性變化等特點,在擇形及手性催化、吸附分離、氣體儲存、光學磁學等方面擁有誘人的應用前景。M(INA)2 (M=Cu, Co, Ni, Zn, Cd)系列MOFs材料則具有對NH3這類極性分子有極好的吸附性能,并且基于其柔性性質,在吸附前后可達到結構的可逆變化。本文通過水熱合成和吸附轉化法得到了M(INA)2, M(INA)2(H2O)4和M(INA)2(H2O)2(NH3)2,探究了金屬與配體比例、溶劑、溫度和晶化時間對晶體形成影響的規(guī)律；研究了Cu(INA)2對I2、NH3的吸附轉化過程；對M(INA)2、M(INA)2(H2O)4和M(INA)2(H2O)2(NH3)2這三類材料的吸脫氨轉化性能進行了探討。采用XRD、SEM、FT-IR、TG-MS、NH3-TPD、低溫氮氣吸附、CHN元素分析等表征手段分析了樣品的組成、孔結構、形貌特征和熱穩(wěn)定性,并且對樣品的氣體吸附性能進行了檢測。主要研究內容和結論有以下幾方面：第一,本文采用水熱合成法,以Cu(NO3)2-3H2O和HINA為原料,在水和乙醇的混合溶劑條件下得到Cu(INA)2。研究了金屬與配體比例、溶劑比例、溫度和時間對晶體合成的影響規(guī)律,得到了最佳的合成條件為：Cu(NO3)2·3H2O/HINA=1:2,溶劑水/乙醇=1：1,溫度80℃,反應時間1天,用20 ml玻璃小瓶在常壓條件下即可合成得到。另外對副產(chǎn)物Cu(INA)2(H2O)4通過150℃加熱脫水也能轉化成Cu(INA)2。Cu(INA)2存在特異的柔性結構轉化性質,常溫條件下,三維的Cu(INA)2可在氨水蒸汽或氨溶液環(huán)境下化學吸附NH3轉化為超分子結構Cu(INA)2(H2O)2(NH3)2,并在150℃加熱后可轉化為原有結構。在60℃-120℃溫度狀況下,三維的Cu(INA)2可吸碘轉化成為二維的Cu(INA)2I2,其轉化過程與轉化溫度、碘濃度有關,適當?shù)奶岣邷囟?較高的碘濃度都有助于吸碘轉化的進行,并且轉化后的材料在150℃加熱后也可達到可逆轉化。Cu(INA)2的可逆吸脫附轉化性質表明了材料在NH3、12上的吸附儲存應用。第二,通過Cu(INA)2的轉化性質的延伸,采用水熱合成法,得到了M(INA)2(H2O)4(M= Co, Ni, Zn, Cd)系列材料,和M(INA)2(H2O)2(NH3)2 (M=Co,Ni)新材料。M(INA)2(H2O)4和M(INA)2(H2O)2(NH3)2都在150℃的熱處理后,可以脫水或脫氨轉化為對應的M(INA)2 (M= Co, Ni, Zn, Cd),并且M(INA)2又可通過吸H20或吸NH3轉變?yōu)镸(INA)2(H2O)4和M(INA)2(H2O)2(NH3)2.我們由此驗證了M(INA)2(H2O)4、M(INA)2、 M(INA)2(H2O)2(NH3)2這三類材料的可逆轉化關系。轉化后得到的Cu(INA)2依舊保存著良好的三維孔道結構,其對C02和CH4具有較大的吸附量,在1 bar,298 K狀況下的吸附量分別為45.91 cm3/g,34.85 cm3/g。而M(INA)2(M=Cu,Co,Ni,Zn,Cd)系列材料在有水條件和無水條件都有較好的NH3吸附量,吸附效果為(1 bar,298 K)：在水環(huán)境下的吸氨量分別為6.4 mmol/g, 6.5 mmol/g,6.4 mmol/g,6.0 mmol/g,5.2mmol/g。無水環(huán)境下的氨吸附量為13.00 mmol/g,14.14 mmol/g,14.48 mmol/g,9.65 mmol/g,9.97mmol/g。
[Abstract]:Haze pollution as a problem of environmental pollution in China in recent years the most attention, has already caused the attention of people across the country. After an investigation found that NH3 is an important factor in the formation of haze, the content of PM2.5 in ammonium salt can be as high as 40%-60%. and China's NH3 emissions into the atmosphere in the annual volume of 10 million 200 thousand tons, causing serious pollution problems. For a long time, our country attaches great importance to the NH3 pollution degree is not enough, the emission reduction task and prevention measures of no NH3, so in the development of green science today, control and governance of the NH3 source is an urgent task. In the deamination of various kinds of methods, adsorption method has high adsorption capacity, combined with the stability. The adsorbent can be reused, so the study of reversible deamination of adsorbent is the key issue of ammonia technology. Metal organic frameworks (MOFs), is made of metal and organic ligand coordination of a class of special form 瀛旈亾緇撴瀯鐨勬潗鏂，

本文編號：1535350