陰離子柱撐微孔材料是一類陰離子功能化的金屬有機(jī)框架材料,具有優(yōu)異的吸附分離性能,近年在低碳烴分離領(lǐng)域取得了重要突破,其中吡嗪類SiF62-柱撐微孔材料SIFSIX-3-Ni(SiF62’=SIFSIX,3=吡嗪)具有良好的水熱穩(wěn)定性,且原料相對(duì)廉價(jià)易得,具備工業(yè)化應(yīng)用的前景。大規(guī)模制備和成型造粒是框架材料實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的關(guān)鍵,但目前的成型研究普遍存在含量低、吸附分離性能下降的問(wèn)題。本文對(duì)SIFSIX-3-Ni的合成方法進(jìn)行系統(tǒng)性優(yōu)化,并提出一種以聚乙烯醇縮丁醛為粘結(jié)劑的成型方法,制備出兼具高含量和優(yōu)異吸附分離性能的成型顆粒,為陰離子柱撐材料微孔材料的潛在應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本文通過(guò)對(duì)比SIFSIX-3-Ni五種合成工藝的反應(yīng)條件、產(chǎn)率、對(duì)材料物化性質(zhì)的影響和對(duì)環(huán)境的影響,從中選取適用于大規(guī)模制備的合成方法并對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行系統(tǒng)性優(yōu)化,探究反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、吸附性能和產(chǎn)率的影響,以及濾液的可循環(huán)利用性,以實(shí)現(xiàn)溶劑的最大化利用、降低能耗和減少排放。研究表明,SiF62-、Ni2+和吡嗪最佳配比為1:1:2,SIFSIX-3-Ni平均產(chǎn)率為82.2%;反應(yīng)2小時(shí)后得到結(jié)構(gòu)完整、性能良好的產(chǎn)物,反應(yīng)...

【文章頁(yè)數(shù)】：104 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
第一章 文獻(xiàn)綜述
    1.1 引言
    1.2 金屬有機(jī)框架在氣體吸附分離領(lǐng)域的應(yīng)用
        1.2.1 金屬有機(jī)框架材料分離低碳烴
        1.2.2 金屬有機(jī)框架材料吸附二氧化硫
    1.3 陰離子柱撐微孔材料的合成方法
        1.3.1 慢擴(kuò)散法
        1.3.2 溶劑熱合成法
        1.3.3 機(jī)械研磨法
        1.3.4 噴霧干燥法
    1.4 金屬有機(jī)框架材料的成型與應(yīng)用
        1.4.1 顆粒:球形、片狀和條狀
        1.4.2 泡沫與凝膠
        1.4.3 空心球、凝珠和其他形狀
    1.5 本文的研究意義和內(nèi)容
第二章 吡嗪類陰離子微孔柱撐材料的合成優(yōu)化
    2.1 引言
    2.2 實(shí)驗(yàn)部分
        2.2.1 原料與儀器
        2.2.2 SIFSIX-3-Ni的合成
            2.2.2.1 溶劑熱合成法
            2.2.2.2 水熱合成法
            2.2.2.3 機(jī)械研磨法
            2.2.2.4 噴霧合成法
        2.2.3 溶劑循環(huán)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)
        2.2.4 材料的表征
            2.2.4.1 掃描電子顯微鏡
            2.2.4.2 粉末X-射線衍射
            2.2.4.3 靜態(tài)單組份氣體吸附實(shí)驗(yàn)
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 SIFSIX-3-Ni合成方法
        2.3.2 水熱合成法反應(yīng)條件的優(yōu)化
            2.3.2.1 反應(yīng)物配比
            2.3.2.2 反應(yīng)時(shí)間
            2.3.2.3 反應(yīng)溫度與活化溫度
        2.3.3 溶劑循環(huán)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)
    2.4 本章小結(jié)
第三章 陰離子柱撐微孔材料的成型造粒
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑、氣體與儀器
        3.2.2 材料的合成與處理
            3.2.2.1 SIFSIX-3-Ni的合成與處理
            3.2.2.2 SIFSIX-2-Cu-i的合成與處理
            3.2.2.3 TIFISIX-2-Cu-i的合成與處理
            3.2.2.4 GeFSIX-2-Cu-i(ZU-32)的合成與處理
            3.2.2.5 HKUST-1的合成與處理
            3.2.2.6 Mg-MOF-74的合成與處理
            3.2.2.7 MIL-101-Cr的合成與處理
        3.2.3 材料表征
            3.2.3.1 掃描電子顯微鏡
            3.2.3.2 粉末X-射線衍射
            3.2.3.3 熱重分析
            3.2.3.4 靜態(tài)單組份氣體吸附實(shí)驗(yàn)
            3.2.3.5 比表面積和孔徑分布表征
    3.3 成型方法
        3.3.1 粘結(jié)劑的配制
        3.3.2 MOFs顆粒的制備
    3.4 結(jié)果與討論
        3.4.1 粘結(jié)劑的選擇與顆粒尺寸
            3.4.1.1 粘結(jié)劑的選擇
            3.4.1.2 顆粒尺寸與形狀
        3.4.2 成型材料的吸附性能
        3.4.3 成型工藝的普適性
        3.4.4 成型材料的表征
            3.4.4.1 成型顆粒的微觀結(jié)構(gòu)與孔結(jié)構(gòu)
            3.4.4.2 成型顆粒的物化性質(zhì)
    3.5 本章小結(jié)
第四章 陰離子柱撐微孔材料成型顆粒的吸附分離性能
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑、氣體與設(shè)備
        4.2.2 材料的合成
        4.2.3 單組份靜態(tài)吸附
        4.2.4 二氧化硫氣體靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)
        4.2.5 動(dòng)態(tài)雙組份氣體穿透實(shí)驗(yàn)
        4.2.6 吸附等溫線擬合及吸附熱計(jì)算
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 成型顆粒基于IAST模型的分離選擇性
        4.3.2 吸附等溫線擬合和吸附熱計(jì)算
        4.3.3 乙炔乙烯的動(dòng)態(tài)分離與循環(huán)再生性
        4.3.4 成型顆粒對(duì)二氧化硫的靜態(tài)吸附性能
    4.4 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間所取得的科研成果



本文編號(hào)：3818007