基于MIL-101的π络合材料的制备及其吸附性能的研究

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吸附分离由于其成本低廉、操作使用条件简单、吸附剂再生循环利用等特点,被广泛应用于化工生产、生物制药和石油化工等领域。能否高效、便捷的从混合物中成功分离目标产物是衡量吸附剂性能的重要指标。随着人类科研活动的不断探索,越来越多高效的吸附剂成功被制造并投入应用中。π络合吸附剂就是其中的一种。π络合吸附材料在混合气体组分的净化分离领域具有广阔的应用前景。近年来,随着具有高比表面积和大孔体积的新型金属有机骨架材料(MOFs)的不断报道,以MOFs为载体,采用多种方法对其进行表面修饰,以制得不同用途的吸附剂。本论文的研究目的主要是制备基于金属有机骨架材料的π络合吸附剂,并吸附分离乙烯和乙烷混合物、一氧化碳和氮气氢气混合气体。MIL-101通常可以有着近3000 m2·g-1的比表面积和1.6 cm3·g-1的孔体积,具有高吸附性能以及高热稳定性,合成方法日趋成熟,是非常合适的制备吸附剂的载体材料。首先合成MIL-101材料,用双溶剂的方法引入硝酸银溶液,使硝酸银单层均匀分散于MIL-101内。在惰性气体Ar氛围中焙烧得到Ag@MIL-101-DS。通过XRD、XPS、傅里叶红外光谱等进行材料表征测试。使用吸附仪器对乙烯、乙烷进行吸附测试,并使用理想溶液理论体系(IAST)计算分离选择性。在25℃、100 kPa下,纯MIL-101对乙烯吸附量为48.1 cm3·g-1,对乙烷吸附量为45.1 cm3·g-1,纯MIL-101对乙烯乙烷没有分离性能。而160Ag@MIL-101-DS对乙烯吸附量为75.5 cm3·g-1,对乙烷吸附量为21.5 cm3·g-1。160Ag@MIL-101对乙烯乙烷具有良好的分离选择效果。通过双溶剂法将CuCl2·2H2O和FeCl2·4H2O修饰负载于MIL-101,制备得到含有Cu(I)的Cu/Fe@MIL-101。对Cu/Fe@MIL-101进行分离CO和N2、H2混合气体的测试。在25℃、100 kPa下,纯MIL-101对CO吸附量为12.2 cm3·g-1,对H2吸附量为0.8 cm3·g-1,对N2吸附量为5.2 cm3·g-1。2.5Cu/2.5Fe@MIL-101对CO吸附量为34.2 cm3·g-1,对H2吸附量为3.0 cm3·g-1,对N2吸附量为3.5cm3·g-1
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