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孔性配位聚合物微纳米颗粒的合成及吸附性能研究

辛志峰  
【摘要】:孔性配位聚合物以其自身的无机-有机杂化组成、新颖的拓扑结构和优异的性能,引起了人们的广泛兴趣。随着纳米科技的发展,配位聚合物微纳米材料也迅速崛起。截至目前为止,如何采用稳定、易合成并且环境友好的制备方法来制备配位聚合物纳/微米材料是一个新颖而富于挑战性的课题。本论文系统地研究了孔性配位聚合物微纳米颗粒的尺寸和介观结构对吸附性能的影响。主要研究内容如下: 一、ZIF-90微纳米颗粒的合成及吸附性质研究。 (1)在室温下,以Zn(NO3)2·6H2O和2-甲醛基咪唑为原料,用界面方法制备了ZIF-90微米多面体(1 a),用溶液法制备了纳米结构(1b)。两者对气体的吸附量和比表面积都小于ZIF-90晶体。 (2)以Zn(NO3)2·6H2O和2-甲醛基咪唑为原料,在溶剂热条件下通过改变反应物的浓度合成了不同尺寸的ZIF-90微纳米颗粒。并对这些微纳米颗粒的表面积和对C02、CH4的吸附性能进行了研究。有趣的是,他们的比表面积和对气体的吸附量随着颗粒尺寸的减小而减小。 二、MOF-5介孔微纳米颗粒的合成及吸附性能研究。 (1)以Zn(NO3)2·6H2O和H2BDC为原料,在溶剂热条件下合成了MOF-5介孔微纳米颗粒(2a),研究了反应物浓度对产物的形貌和尺寸的影响。又通过改变溶液中水的含量制备了不同形貌的MOF-5微纳米颗粒(2b,2c,2d)。并用低压N2吸附测定了它们的比表面积,其中重点研究了2a对H2、C02、CH4的吸附性能。研究表明,2a对H2的吸附热比MOF-5晶体的提高了近20%,在同样的压力和温度下2a对C02和CH4的吸附量也比MOF-5提高5-10%。 (2)在室温下,以Zn(NO3)2?6H2O和H2BDC为原料,用界面法制备了MOF-5微纳米颗粒(2e),并通过改变溶液中水的含量制备了不同形貌的微纳米颗粒(2f,2g,2h)。低压N2吸附测试表明,它们的比表面积随制备过程中含水量的增加而减小,这是反应体系中的水导致了MOF-5结构的分解。 三、以Cu(NO3)2?3H2O, Cr(NO3)2-9H2O, Pb(NO3)2, Co(NO3)2-6H2O, Cd(NO3)24H2O, Ni(NO3)2?6H2O和H2BDC为原料,用界面法分别制备了3a,3b,3c,3d,3e,3f配合物微纳米颗粒。并用低压N2吸附测定了各种样品的比表面积,其中重点研究了3b和3a配合物微纳米颗粒对C02、CH4的吸附性能。其中3b对氢气有较高的吸附热,对H2和C02的吸附量在同类材料中最高。


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