發(fā)布時間：2020-07-12 11:51

【摘要】：多孔有機骨架材料因具備高比表面積、低骨架密度和優(yōu)異的吸附能力,而備受科學(xué)研究人員的廣泛關(guān)注。目前,多孔有機骨架材料廣泛應(yīng)用于催化、氣體分離、氣體存儲、光電器件和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。因為廣泛應(yīng)用于我們的日常生活,氙氣的分離和純化特別重要,本論文以稀有氣體中的氪氣氙氣分離為目標,根據(jù)氙氣分子直徑4.10?,氪氣分子3.69?,設(shè)計合成CTF-0、PAF-45、PAF-67和COF-0四種具有超微孔結(jié)構(gòu)的多孔有機骨架材料。本論文對這四種材料進行一系列的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)表征,包括:元素分析、熱重分析、紅外光譜、X-射線粉末衍射、氮氣吸附等,確定其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。通過測試和計算,CTF-0、PAF-45和PAF-67多孔有機骨架材料孔徑約為5.0?,計算得到比表面積為528.4 m~2 g~(-1)到951.4 m~2 g~(-1),微孔孔容為0.158 cm~3 g~(-1)到0.286 cm~3 g~(-1),熱穩(wěn)定溫度為350℃到600℃。吸附數(shù)據(jù)顯示,三個材料均具有很好的氙氣吸附能力(18.6-49.6 cm~3 g~(-1),1.0 bar,298 K)。IAST計算指出三者在Xe/Kr摩爾比9:1、一個大氣壓、298 K下,將氙氣從混合氣中分離出來的預(yù)測分離指數(shù)為44-57。PAF-45作為最優(yōu)材料,進行了氣相色譜柱分離測試,進氣為模擬核廢氣(氙氣氪氣氮氣混合氣),展現(xiàn)很高的Xe/Kr分離指數(shù)(S=12.4±0.7)和巨大的Xe捕獲容量(90.3±2.1 mmol kg~(-1))。探索出適合于Xe/Kr分離的多孔材料具有一定的理論和實際意義。氫氣作為高熱值的清潔能源,密度低、易爆炸,其存儲一直備受關(guān)注。本論文采用常壓吸附儀器進行低溫(77 K)氫氣吸附,CTF-0展現(xiàn)出很好的氫氣吸附存儲能力(102cm~3 g~(-1))。而且CTF-0合成成本低廉、質(zhì)輕、穩(wěn)定性高,對氫氣的存儲應(yīng)用具有一定的實際意義。
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O641.4;TQ116.2
【圖文】：

圖 1.1 分子篩的形成過程2014 年，科研工作者們利用鋁同晶型取代硼，從而打破氫鍵，剝離 MWW 型沸石分子篩得到單層膜[10]。如下圖 1.2 所示，最后得到厚度為 2.5 nm 的單層 MWW 結(jié)構(gòu)的沸石分子篩膜。首先剝離沸石前體：1.0 g 前體加到 100 g 0.4 mol/l 的硝酸鋁溶液中，大力攪拌，135 ℃恒溫加熱，過濾，水洗，自然干燥，550 ℃煅燒5 h。然后剝離ERB-1-del-135：0.25 g 加到 2.0 ml 1.0 mol/l 硝酸溶液中，大力攪拌，加熱并保持 135 ℃，過濾收集，水

2圖 1.2 （a）MWW 型沸石分子篩 ERB-1-del-135 剝層的原理圖；ERB-1-del-135 的透射電鏡照片（b），單層膜（c）四層膜[10]1.1.2 金屬有機骨架材料分子篩在電磁和催化等領(lǐng)域存在很大局限，為了更好的研究多孔材料，科研人員將金屬和有機單元進行雜化，得到金屬有機骨架材料（metal organic frameworks, MOFs）[11]。如下圖 1.3 所示，MOFs 是由金屬離子和有機配體通過配位鍵相連形成次級結(jié)構(gòu)單元，次級結(jié)構(gòu)單元由剛性連接為疏松多孔的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)既可以增加多孔材料的性能，

圖 1.3 金屬有機骨架材料的形成過程2014 年，科研工作者們通過利用球磨和超聲的方法，以氧化鋁為基底，成功制備1.12 nm 厚度的 Zn2(bim)4納米片單層膜。制備過程如下圖 1.4 所示，將前體 ZIF-7 水熱處理，由此打開六元環(huán)的配位鍵，然后將得到的前驅(qū)體用注射器滴在硅片上，室溫干燥，最后得到 MOF 單層膜[14]。

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本文編號：2751914