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天然气吸附储存技术是天然气分布式储存的基础,对天然气汽车的市场化推广具有重要意义。金属有机骨架材料由于具有较大的比表面积和孔容,结构可调控性好,是天然气吸附储存的理想材料。本文合成了 MOF-5和HKUST-1两种吸附材料,并研究了其对甲烷的吸附储存性能。论文首先通过溶剂热法合成了MOF-5吸附材料。优化的合成工艺条件为:原料摩尔配比n(Zn(NO3)2·6H2O):n(H2BDC):n(DMF)=2:1:160,晶化温度 150℃,晶化时间 24h,氯仿活化处理3d。优化条件下合成的MOF-5在25℃下的甲烷吸附容量为6.0mmol/g。水分对合成MOF-5的吸附性能有不利影响,吸水1wt%后MOF-5的比表面积从1125m2/g降至 308m2/g,孔容从 0.46cm3/g降至 0.21cm3/g。通过溶剂热法合成了HKUST-1吸附材料,优化的合成工艺条件为:原料摩尔配比n(Cu(N03)2.3H2O):n(H3BTC):n(DMF):n(Ethanol):n(H20)=1.7:1:46:60:100,晶化温度80℃,晶化时间24h。优化条件下合成的HKUST-1在25℃下的甲烷吸附容量为11.9mmol/g。酸性配体改性可以提高HKUST-1的甲烷吸附容量。在n(HAc):n(H3BTC)=11.0时,甲烷吸附容量达到12.6mmol/g,比表面积由1499m2/g增至1990m2/g,孔容由 0.55cm3/g增至 0.72cm3/g。甲烷在MOF-5和HKUST-1上的吸附等温线可以用Langmuir-Freundich模型描述。在3.5MPa下,甲烷在MOF-5上的吸附热为12.56kJ/mol,在HKUST-1上的吸附热为12.25 kJ/mol。采用分子动力学方法模拟了甲烷在MOFs吸附材料中的扩散行为,甲烷在HKUST-1的最大自扩散系数为7.34×10-9m2/s。