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金属—有机骨架材料(MOF-177)制备及其吸附典型VOCs性能研究

薛峰  
【摘要】:室内空气污染浓度水平通常是户外的2-100倍,许多典型室内空气污染物具有三致效应,对人类健康有极大危害。为提高室内空气质量,改善居住、办公条件,我们要对室内空气污染进行防治。吸附法是最常用的空气污染控制技术,而高效的吸附材料则是该技术的核心。金属-有机骨架材料(MOFs)由于其比表面积巨大、微孔结构有序、孔尺寸多样、孔表面官能团和表面势能多样等优势,在气体分离净化方面具有广阔的应用前景。 本论文采用溶剂热法,以六水合硝酸锌和1,3,5-苯三安息香酸为原料,N,N-二乙基甲酰胺为溶剂,合成了MOF-177材料。该材料Langmuir比表面积可达4170m2/g,最大孔体积达到1.132mL/g,平均孔径为0.94nm。材料的热稳定性能良好,低于400℃条件下不会分解。 MOF-177材料对丙酮、苯、甲苯、乙苯、二甲苯和苯乙烯等挥发性有机化合物(VOCs)具有很高的静态和动态吸附容量。其中对丙酮和苯的静态饱和吸附量分别达到765mg/g (13.2mmol/g)和953mg/g (12.2mmol/g);动态饱和吸附量分别达到487mg/g (8.38mmol/g)和695mg/g (8.90mmol/g)。发现MOF-177材料对这些VOCs的静态和动态单层饱和吸附量与气体分子截面积呈负相关。VOCs气体的动态饱和吸附量都比其静态饱和吸附量低,而且MOF-177对乙苯、1,2-二甲苯、1,3-二甲苯、1,4-二甲苯和苯乙烯的动态饱和吸附量几乎没有差异。初步探明其机理为:在动态吸附过程(空气为载气)中,当多个VOCs气体分子相互接近时,N2和O2等空气分子夹杂在VOCs气体分子之间,产生空间位阻效应使得吸附质分子相互聚集地紧密程度较静态吸附(真空环境)时减弱,造成动态吸附量较小以及MOF-177对乙苯、二甲苯和苯乙烯的饱和吸附量基本一样。


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