【摘要】：隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,在高科技產(chǎn)業(yè)推動下,無機(jī)和聚合物薄膜研究的深度不斷擴(kuò)展。膜材料的開發(fā)是薄膜技術(shù)發(fā)展的核心。近年來,金屬框架有機(jī)化合物(Metal-organicframeworks,MOFs)由于自身的多孔性、高比表面積以及多功能性,作為一種新型膜材料得到廣泛應(yīng)用。目前MOF薄膜大多依靠基底材料,因此多孔性等受到削弱。本論文采用靜電紡絲制備氧化物納米纖維膜的方法和水熱/溶劑熱反應(yīng)制備了一系列具有高表面積且具有多功能性的柔性自支撐MOF膜。主要的研究內(nèi)容為:1、柔性自支撐多孔MOF膜在吸附和催化中的應(yīng)用多孔柔性的薄膜在實際應(yīng)用中存在巨大的應(yīng)用潛力。與其他大多數(shù)多孔材料相比,金屬框架有機(jī)化合物(MOF)具有極高的多孔性。然而,MOF晶體自身的脆性導(dǎo)致了制備純MOF薄膜存在巨大的挑戰(zhàn)。我們提出了一種通用且簡便的制備自支撐柔性純MOF膜的方法,此方法制備的MOF膜與MOF粉體以及文獻(xiàn)先前報道過的柔性膜相比,具有極高的多孔性,并可以大量的制備或制作成任意形狀。多功能性的自支撐柔性純MOF膜具有多種應(yīng)用。將靜電紡絲制備的氧化物纖維膜進(jìn)行完全相轉(zhuǎn)化制備了一系列MOF膜,包括MIL-53(A1),MIL-53(Al)-NH2,HKUST-1,ZIF-8,ZIF-67,UiO-66 和 MIL-88B(Fe)。次級多孔的結(jié)構(gòu)賦予 MOF膜材料極高的表面積、優(yōu)異的孔可通過性和有效的傳質(zhì)等特性,其在水處理、空氣凈化和催化應(yīng)用等方面性能均比MOF粉體和文獻(xiàn)先前報道過的柔性膜性能優(yōu)異。本體系克服了長久以來純MOF材料難以加工制備的問題,為制備純MOF材料開辟了新的途徑,并拓寬了多功能膜的應(yīng)用領(lǐng)域。2、快速降解化學(xué)戰(zhàn)劑模擬物的柔性自支撐MOF過濾膜抵御化學(xué)戰(zhàn)劑的自消毒過濾膜對于保護(hù)人類健康和環(huán)境安全是極其需要的。我們成功制備了一系列柔性自支撐Zr-MOF過濾膜其中包括UiO-66,UiO-67和UiO-66-NH2,并對化學(xué)戰(zhàn)劑模擬物實現(xiàn)快速降解。催化降解反應(yīng)結(jié)果表明,MOF過濾膜對二甲基-4-硝基苯磷酸酯(dimethyl-4-nitrophenyl phosphate,DMNP)催化降解反應(yīng)的半衰期短至2.4 min,經(jīng)過120 min的長時間反應(yīng)仍能保持90%的轉(zhuǎn)化率,遠(yuǎn)超過對應(yīng)的MOF粉末和文獻(xiàn)報道的MOF復(fù)合材料過濾膜。自支撐纖維膜的優(yōu)異催化表現(xiàn)可歸因于其極高的比表面積,孔的可通過性和兼具微孔及大孔的次級結(jié)構(gòu)。本體系第一次提出自消毒的純MOF纖維膜,為有毒化學(xué)防護(hù)材料的設(shè)計和制備提供新機(jī)遇。3、快速可見光催化還原Cr(Ⅵ)的自支撐柔性MOF膜UiO-66-NH2由于具有光催化性質(zhì),成為近年來研究人員們關(guān)注的MOF材料。Cr(Ⅵ)是一種常見的重金屬離子水污染源,對人類身體健康造成嚴(yán)重危害。傳統(tǒng)的去除鉻離子的手段包括吸附、聚沉和膜分離等,但這些方法存在各自的弊端,例如能量消耗高,可能產(chǎn)生二次污染物等。無基底支撐/自支撐的MOF膜可以保持永久的多孔性和催化活性位點,并脫離基底的限制,相比較純MOF粉體材料具有更大的優(yōu)勢。我們采用靜電紡絲和溶劑熱反應(yīng)成功將氧化鋯纖維膜轉(zhuǎn)為柔性自支撐UiO-66-NH2膜,并在溫和條件下對Cr(Ⅵ)實現(xiàn)快速光催化降解Cr(Ⅲ)。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ051.893;O643.36
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本文編號：2709695