本文關鍵詞： 金屬-有機骨架材料 胺基后合成修飾 開放金屬位點 氣體分離膜 H_2/CO_2分離　出處：《吉林大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著全球人口增長和工業(yè)化的推進,世界對能源的需求量不斷攀升。不可再生的化石燃料無論從數(shù)量上還是清潔程度上都與我們當下的現(xiàn)代化生產要求相距甚遠。越來越多的研究者開始將探索的觸角延伸到可再生的新能源的開發(fā)上來。氫氣,作為一種清潔環(huán)保、高熱值的新型能源,顯示出了很高的應用價值。然而,就目前的技術來看,想要大規(guī)模地利用氫氣主要面臨著以下幾個問題:其一、不能從自然界中直接獲得氫氣,必須研發(fā)一種高效、綠色、環(huán)保的制備氫氣的方法。其二、就現(xiàn)有的制備工藝來看,無論是蒸汽重整反應還是水汽轉換的方法都不可避免的造成氫氣中混有一定量的二氧化碳。捕獲二氧化碳進而純化氫氣,可以有效地增加燃料的熱值。相較于傳統(tǒng)的分離方法,譬如變壓吸附(PSA)和低溫蒸餾,膜分離技術具有低能耗、低成本和易于操作等優(yōu)點。目前市場上,應用較為廣泛的膜材料當屬制備成本低的聚合物膜材料,但是聚合物膜材料一直面臨著穩(wěn)定性不高,以及通量和選擇性很難同時達到分離要求等問題。作為有序的多孔材料,沸石分子篩膜材料憑借其良好的孔道結構和極優(yōu)的穩(wěn)定性,已經成為得到了廣泛的實際應用。金屬-有機骨架材料(Metal Organic Frameworks,MOFs)是一種新型無機-有機晶體材料,它具有較高的比表面積、規(guī)則的孔道結構以及孔道易調節(jié)和功能化等優(yōu)勢,在氣體存儲和分離、催化等領域具有極高的應用價值,近幾年成為了國內外的又一大研究熱點材料。MOFs材料是由金屬中心或者金屬簇與有機配體自組裝而成的多孔晶體材料。有些MOFs材料經過活化處理,可以去除與金屬中心配位的端基分子,從而形成高密度的開放金屬位點(open metal sites,OMSs),也稱之為不飽和金屬中心。其中,HKUST-1是最具有代表性的這類材料之一。我們通過向HKUST-1材料中的開放金屬銅位點引入烷基胺官能團,從而實現(xiàn)了對HKUST-1材料的孔道功能化修飾。此外,基于胺基對二氧化碳的作用力,提高了HKUST-1材料對二氧化碳的吸附能力。進一步,我們將這一研究引入到了MOFs分離膜材料的后合成修飾,利用不同種類的烷基胺對HKUST-1膜材料進行后合成修飾,并且對修飾前后膜材料的H2/CO2的分離性能進行了對比研究。本論文,以功能為導向,利用晶體工程學理論,從結構的孔道功能化到膜材料的后合成修飾,從氣體吸附到混合組分的氣體分離,對具有開放金屬位點的金屬-有機骨架材料(MOFs)進行了較為系統(tǒng)的研究。
[Abstract]:As global population growth and industrialization advance, The world's demand for energy is rising. The amount and cleanliness of non-renewable fossil fuels are far from our current requirements for modern production. More and more researchers are beginning to explore. The angle extends to the development of renewable new energy. Hydrogen, As a clean, environmentally friendly, high-calorific energy source, it has shown great application value. However, in terms of current technology, there are several main problems to be faced with using hydrogen on a large scale: first, If you can't get hydrogen directly from nature, you have to develop a highly efficient, green and environmentally friendly method for hydrogen production. Second, from the point of view of the existing preparation process, Both steam reforming and steam conversion inevitably result in a certain amount of carbon dioxide mixed in hydrogen. Capturing carbon dioxide and purifying hydrogen can effectively increase the calorific value of fuel. For example, pressure swing adsorption (PSA) and low temperature distillation, membrane separation technology has the advantages of low energy consumption, low cost and easy to operate. However, the polymer membrane materials have been faced with low stability, and the flux and selectivity are difficult to meet the separation requirements. As an ordered porous material, zeolite molecular sieve membrane materials have excellent pore structure and excellent stability. The metal-organic skeleton material Organic frameworks (MOFs) is a new kind of inorganic and organic crystal material, which has high specific surface area, regular pore structure, easy adjustment and functionalization of pores, etc. It has high application value in gas storage and separation, catalysis and other fields. In recent years, MOFs have become another hot research material at home and abroad. MOFs are porous crystal materials composed of metal centers or metal clusters self-assembled with organic ligands. Some MOFs materials have been activated. The end molecules that coordinate with the metal center can be removed. Thus forming a high density open metal site, also known as the unsaturated metal center. Among these materials, metal UST-1 is one of the most representative. We introduce alkylamine functional groups into the open metal copper sites in HKUST-1 materials. In addition, based on the force of amine group on carbon dioxide, the adsorption ability of HKUST-1 material to carbon dioxide is improved. We introduced this research into the post-synthetic modification of MOFs membrane materials, and used different kinds of alkylamine to modify HKUST-1 membrane materials, and compared the separation properties of H _ 2 / CO _ 2 between the modified and modified membranes. Based on the theory of crystal engineering, functionally oriented, from structural pore functionalization to post-synthetic modification of membrane materials, from gas adsorption to gas separation of mixed components, The metal-organic skeleton materials with open metal sites (MOFs) were systematically studied.
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O641.4

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本文編號：1507663