發(fā)布時(shí)間：2018-03-31 14:28

  本文選題：超分子有機(jī)框架材料　切入點(diǎn)：慢擴(kuò)散法　出處：《浙江大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：吸附分離是化工分離過(guò)程中一種非常重要的技術(shù),其核心是發(fā)展高效的吸附分離材料。金屬有機(jī)框架材料(Metal organic frameworks,MOFs)和共價(jià)有機(jī)框架材料(Covalent organic frameworks,COFs)等作為新型多孔材料因具有高比表面積、相對(duì)穩(wěn)定、孔徑和性能可調(diào)等優(yōu)點(diǎn),有用于吸附分離從而替代傳統(tǒng)技術(shù)的潛能。超分子有機(jī)框架材料(Supramolecular organic frame works,SOFs)相較 MOFs和COFs,具有低密度、高柔韌性、易于純化和再生等優(yōu)點(diǎn),卻因其較為脆弱的非共價(jià)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)使得其難以穩(wěn)定存在而較少用于吸附分離。腺嘌呤與金屬離子的有機(jī)配合物作為構(gòu)筑單元,用于制備SOFs材料可同時(shí)具備MOFs和SOFs的優(yōu)點(diǎn)。本文就腺嘌呤類SOFs的設(shè)計(jì)、合成及其在低碳烴吸附分離中的應(yīng)用展開(kāi)討論,對(duì)于發(fā)展新型吸附分離材料具有重要的科學(xué)研究?jī)r(jià)值,同時(shí)可為輕質(zhì)烴分離提供了一個(gè)新的思路和參考。首先,采用慢擴(kuò)散合成法合成了多孔氫鍵超分子有機(jī)框架材料MPM-1-Br、MPM-1-Cl和MPM-1-TIFSIX。采用SEM、PXRD、TGA及比表面積分析等技術(shù)對(duì)材料進(jìn)行綜合表征,并測(cè)定了此三種同構(gòu)多孔氫鍵超分子有機(jī)框架材料對(duì)乙炔和二氧化碳單組分氣體的吸附等溫線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,MPM-1-Br、MPM-1-Cl和 MPM-1-TIFSIX 的比表面積分別為 373 m2·g-1、417 m2·g-1和1020 m2·g-1,且分別在240℃和200℃的溫度范圍內(nèi)有良好的穩(wěn)定性;在298 K和總壓100 kPa,通過(guò)IAST理論計(jì)算得到前兩者對(duì)50:50 C2H2/CO2混合氣體的吸附選擇性分別達(dá)到了 3.8和3.0,與HKUST-1(4.7)和UTSA-30(3.3)等金屬-有機(jī)框架材料有相當(dāng)?shù)姆蛛x性能。其次,通過(guò)改變離子類型,合成了新型的多孔氫鍵超分子有機(jī)框架材料IPM-SIFSIX-1。采用SXRD、PXRD、光學(xué)顯微鏡、TGA及比表面積分析等技術(shù)對(duì)材料進(jìn)行綜合表征,并測(cè)定了 IPM-SIFSIX-1對(duì)多種氣體組分的吸附等溫線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,IPM-SIFSIX-1的比表面積為339m2·g-1,且具有水熱穩(wěn)定性;在298 K 和總壓 100kPa 下對(duì) 50:50C2H2/C2H4、50:50C2H2/CO2 和 10:90CO2/N2 混合氣體的吸附選擇性分別達(dá)到了 7.1,4.9和97。其對(duì)50:50 C2H2/C2H4的選擇性在SOFs中僅次于HOF-1(7.4)。中子衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明IPM-SIFSIX-1a對(duì)C2H2/C2H4具有高吸附選擇性的性能與C2H2兩端能與IPM-SIFSIX-1a結(jié)構(gòu)中的SiF62-形成相對(duì)較強(qiáng)的氫鍵作用有關(guān)。而通過(guò)將結(jié)構(gòu)崩塌的IPM-SIFSIX-1a浸入水溶液或(NH4)2SiF6水溶液中,我們發(fā)現(xiàn)IPM-SIFSIX-1具有自恢復(fù)性能。最后,基于IPM-SIFSIX-1具有優(yōu)越的氣體吸附分離性能,通過(guò)進(jìn)一步修飾配體結(jié)構(gòu),合成了多孔氫鍵超分子有機(jī)框架材料IPM-SIFSIX-2。采用FT-IR、PXRD、TGA及比表面積分析等技術(shù)對(duì)材料進(jìn)行綜合表征,并測(cè)定了 IPM-SIFSIX-2a對(duì)多種氣體組分的吸附等溫線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,IPM-SIFSIX-2a對(duì)50:50 C2H2/C2H4、50:50C2H2/CO2、50:50 CO2/CH4和 10:90C02/N2 的 IAST 吸附選擇性分別達(dá)到了 8.3,5.3,62.3 和 72.4。其中 IPM-SIFSIX-2a 對(duì) C2H2/C2H4和 CO2/CH4的吸附選擇性均為目前SOFs中最高。相比IPM-SIFSIX-1a,IPM-SIFSIX-2a對(duì)C2H2有更低的等量吸附熱(15.3kJ/mol)表明IPM-SIFSIX-2a用于氣體吸附相較其它材料需要較少的再生能量。
[Abstract]:Adsorption separation is a very important technology of chemical separation process, its core is the development of efficient adsorption separation materials. Metal organic frameworks (Metal, organic frameworks, MOFs) and covalent organic frameworks (Covalent, organic frameworks, COFs) as a new type of porous materials with high specific surface area, pore size and relatively stable performance adjustable advantages for adsorption and separation technology can replace traditional potential. The supramolecular organic framework materials (Supramolecular organic frame works, SOFs) compared with MOFs and COFs, with low density, high flexibility, easy purification and regeneration etc., but because of its relatively weak non covalent network structure makes it difficult to remain stable and less for adsorptive separation. Organic complexes of adenine with metal ions as building units, for the preparation of SOFs materials with the advantages of MOFs and SOFs in this paper. Design of adenine SOFs, discuss the synthesis and its application in adsorption of low carbon hydrocarbons, for the development of new materials for adsorption and separation has important scientific research value, but also provides a new idea and reference for light hydrocarbon separation. Firstly, porous hydrogen bonded supramolecular organic framework materials synthesized by MPM-1-Br. Slow diffusion, MPM-1-Cl and MPM-1-TIFSIX. by SEM, PXRD, TGA and specific surface area analysis, comprehensive characterization of material technology, and the determination of three kinds of homogeneous porous hydrogen bonded supramolecular organic framework materials on the isothermal adsorption of gas acetylene and two carbon oxide single group. Experimental results show that MPM-1-Br, MPM-1-Cl and MPM-1-TIFSIX surface the area was 373 M2 - g-1417 M2 - g-1 and 1020 M2 g-1 respectively, and had good stability in the temperature range of 240 DEG and 200 DEG C; at 298 K and a total pressure of 100 kPa. IAST calculated the adsorption selectivity of 50:50 C2H2/CO2 before the two mixed gas respectively reached 3.8 and 3, and HKUST-1 (4.7) and UTSA-30 (3.3) and other metal organic framework materials have considerable separation performance. Secondly, by changing the ion type, new porous hydrogen bonded supramolecular organic framework materials IPM-SIFSIX-1. by SXRD, the the synthesis of PXRD, optical microscopy, and TGA surface area analysis and comprehensive characterization of material technology, and determination of IPM-SIFSIX-1 on the adsorption isotherms of various gases. The experimental results show that the specific surface area of IPM-SIFSIX-1 339m2 g-1, and has the hydrothermal stability; at 298 K and a total pressure of 100kPa for selective adsorption 50:50C2H2/C2H4,50:50C2H2/CO2 and 10:90CO2/N2 mixed gas respectively reached 7.1,4.9 and 97. of its 50:50 C2H2/C2H4 selectivity in SOFs after HOF-1 (7.4) in Zi Yanshe. The experimental results show that the performance of C2H2 and IPM-SIFSIX-1a both have high adsorption selectivity to C2H2/C2H4 can form a relatively strong hydrogen bonding interaction with IPM-SIFSIX-1a structure in SiF62-. Through the water immersion IPM-SIFSIX-1a solution structure collapse or (NH4) 2SiF6 water solution, we found that IPM-SIFSIX-1 has a self recovery performance. Finally, based on the separation performance of IPM-SIFSIX-1 with superior gas adsorption, through further modification of ligand structure, porous hydrogen bonded supramolecular organic framework materials IPM-SIFSIX-2. by FT-IR, the synthesis of PXRD, TGA and the ratio of surface integral analysis technology comprehensive characterization of the materials, and determination of IPM-SIFSIX-2a on the adsorption isotherms of various gases. The experimental results show that the IAST IPM-SIFSIX-2a 50:50 C2H2/C2H4,50:50C2H2/CO2,50:50 CO2/CH4 on selective adsorption and 10:90C02/N2 are 8.3,5.3,62.3 and 7 2.4. IPM-SIFSIX-2a of C2H2/C2H4 and the selective adsorption of CO2/CH4 were present in the highest SOFs. Compared to IPM-SIFSIX-1a, IPM-SIFSIX-2a to C2H2 a lower isosteric heat of adsorption (15.3kJ/mol) showed that IPM-SIFSIX-2a used in gas adsorption regeneration compared with other materials requires less energy.

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ424;TQ028.15

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本文編號(hào)：1691128