MIL-101(Cr)材料的合成及对水中布洛芬的吸附研究

制备了MIL-101(Cr)材料,借助X-射线衍射和红外光谱技术确认了标题化合物的结构,利用扫描电子镜(SEM)技术及物理吸附技术表征了其形貌特征与孔结构特征。结果表明MIL-101(Cr)材料大小均匀,平均粒径为0.8μm, BET比表面积与总孔容积分别为1505 m²·g^-1和0.11 cm³·g^-1。随后进行了对布洛芬的吸附研究,结果表明MIL-101(Cr)对布洛芬的吸附在30 min即可达到平衡,且为拟一级动力学过程,符合Langmuir吸附模型,最大吸附量为136.3 mg·g^-1。10 mg MIL-101(Cr)吸附剂可实现20 mg·L^-1布洛芬溶液中溶质的98%去除率。以上实验结果可为探究MIL-101(Cr)在水中有机污染物的去除提供参考。     

金属有机框架MIL-101(Fe)对水中微囊藻毒素-LR的吸附

通过溶剂热法制备了性质稳定的金属有机框架材料MIL-101(Fe),并用于吸附去除水中的微囊藻毒素-LR。采用电子显微镜、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、Zeta电位和N_2吸附-脱附等方法对制备的纳米材料进行了表征。MIL-101(Fe)具有多孔结构和较高的比表面积(375.2 m~2/g),尺寸约为500 nm。考察了pH值、离子强度、温度、吸附时间、浓度等参数对吸附剂吸附能力的影响。结果表明,静电作用和配位作用是主要的作用机理。MIL-101(Fe)对微囊藻毒素-LR的吸附速度很快(20 min内达到吸附平衡),吸附过程符合准二级动力学模型;MIL-101(Fe)对微囊藻毒素-LR表现出良好的吸附性能,其最大吸附量为256.4 mg/g。溶液中存在的腐植酸对MIL-101(Fe)的吸附性能产生一定的影响。受腐殖酸、盐类的影响,相同条件下MIL-101(Fe)对江水中微囊藻毒素-LR的吸附性能有所下降,但仍可达到68.1 mg/g。因此,该方法简便、高效,适用于快速除去污染水体中的微囊藻毒素-LR。     

铬-对苯二甲酸MOF的框架异构：MIL-88B(Cr)和MIL-101(Cr)

可以通过简单地控制乙酸浓度的方法,在相似的水热合成条件下合成2种同一家族的金属有机框架材料(MOFs):MIL-88B(Cr)和MIL-101(Cr)。在相对较低的乙酸浓度下,可以得到平均粒径为100 nm的MIL-101(Cr),并拥有很高的BET比表面积(3543 m^2·g^-1)。而在相对较高的乙酸浓度下,则可得到另一种具有“呼吸”特性结构的MOF——MIL-88B(Cr)。利用粉末X射线衍射、扫描电镜、N2吸附-脱附分析、热重分析等对它们的结构、形貌、孔隙率等性质做了详细的分析。     

以醋酸盐为矿化剂合成金属有机骨架MIL-101

以醋酸钠为矿化剂, 通过水热合成法直接获得了较纯净的Material Institut Lavoisier-101(MIL-101). 样品经粉末X射线衍射、比表面积及孔径分布和热重分析表征, 并与以氢氟酸为矿化剂合成的MIL-101进行了比较. 结果表明, 以醋酸钠为矿化剂合成的MIL-101的性能优于以氢氟酸作为矿化剂合成的MIL-101, 并且样品经后续纯化处理后能进一步提高比表面积和孔容; 用非定域密度泛函法(NLDFT)分析计算得到了MIL-101的孔结构信息. 合成的MIL-101骨架能稳定至300 ℃以上, 其热稳定性略低于以氢氟酸作为矿化剂合成的MIL-101.     

金属有机框架材料MIL-101在吸附去除水中有机污染物中的应用进展

金属有机框架材料（MOFs）是一种极具前景的水中污染物吸附材料,其中,拉瓦锡研究所材料（MIL）凭借较好的稳定性和较多的可调节位点在众多MOFs中脱颖而出。与其他MILs相比,MIL-101具有比表面积较大和表面活性位点多的特点,在水中的稳定性高,已成为一种新兴的吸附材料。鉴于此,该文对近年来MIL-101在水中有机污染物去除领域的应用研究进行了综述,主要对MIL-101结构、改性修饰及其在水污染物吸附去除方面的应用及吸附机理进行了介绍。最后对MIL-101吸附材料的应用前景进行了分析和展望。     

MIL-101(Cr)/GO复合吸附剂的O2/N2分离性能研究

变压吸附（PSA）制取O₂的核心是吸附剂.近年来,金属有机骨架（MOFs）被认为是一种具有广阔应用前景的新型吸附剂.通过水热法制备了MIL-101（Cr）/氧化石墨烯（GO）.结果表明,MIL-101（Cr）/GO-15具有更高的比表面积（3486 m²·g^-1）和更大的孔体积（2.39 cm³·g^-1）,因此也表现出更高的O₂吸附量（0.54 mmol·g^-1）.进一步根据理想吸附溶液理论（IAST）预测了其在O₂/N₂体积比为1：4混合气体中的O₂/N₂选择性为1.2,相比MIL-101（Cr）提高了17.65%.同时,MIL-101（Cr）/GO-15的循环利用性能更佳,经过三次O₂吸脱附循环后,依然拥有高达80%的O₂吸附量,具有较好的循环再生性能.     

MIL-101(Cr)填充针头式过滤器固相微萃取/高效液相色谱法检测水中雌激素

建立了多孔金属有机骨架MIL-101(Cr)填充针头式尼龙过滤器固相微萃取结合高效液相色谱-荧光检测器对水中雌二醇(E2)、雌三醇(E3)、雌酮(E1)3种雌激素进行快速检测的方法.MIL-101(Cr)与尼龙滤膜对雌激素表现出协同吸附效果.通过对萃取材料以及新型萃取装置制备过程、吸附、洗脱过程进行优化,可对10 mL...     

金属有机骨架材料MIL-53(Al)负载钴催化剂的CO催化氧化反应性能

采用溶剂法合成了热稳定性高的金属有机骨架材料MIL-53(Al)(MIL:Materials of Institut Lavoisier),用此材料为载体负载钴催化剂用于CO的催化氧化反应,并与Al2O3负载的钴催化剂进行了对比.采用热重-差热扫描量热(TG-DSC)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)、N2物理吸附-脱附、透射电子显微镜(TEM)、氢气程序升温还原(H2-TPR)等方法对催化剂的结构性质进行了表征.TG和N2物理吸附-脱附结果表明,载体MIL-53(Al)有好的稳定性和高的比表面积;XRD以及TEM结果表明Co/MIL-53(Al)上负载的Co3O4颗粒粒径(平均约为5.03 nm)明显小于Al2O3上Co3O4颗粒粒径(平均约为7.83 nm).MIL-53(Al)的三维多孔结构中分布均匀的位点能很好地分散固定Co3O4颗粒,高度分散的Co3O4颗粒有利于CO的催化氧化反应.H2-TPR实验发现Co/MIL(Al)催化剂的还原温度低于Co/Al2O3催化剂的还原温度,低的还原温度表现为高的催化氧化活性.CO催化氧化结果表明,MIL-53(Al)负载钴催化剂的催化活性明显高于Al2O3负载钴催化剂,MIL-53(Al)负载钴催化剂在160°C时使CO氧化的转化率达到98%,到180°C时CO则完全转化,催化剂的结构在催化反应过程中保持稳定.     

水分子对金属有机骨架材料结构及性能的影响

金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)是一种新型有机-无机杂化材料,其在气体的吸附分离、催化、磁学、生物医学等领域表现出诱人的应用前景.但是,在水分子存在的情况下MOFs结构及性能会受到很大的影响,极大的阻碍了其工业化进程.本文系统介绍了水分子对MOFs结构的破坏机理,并从金属和配体两方面总结了在水分子存在的情况下MOFs的稳定性问题;阐述了水分子的吸附机理以及吸附水分子后MOFs性能的变化;并且对水分子影响问题的研究趋势做了展望,以期为今后的研究提供参考.     

Preparation and characterization of metal-organic framework MIL-101(Cr)-coated solid-phase microextraction fiber

Metal-organic frameworks (MOFs) have received great attention as novel sorbents due to their fascinating structures and intriguing potential applications in various fields. In this work, a MIL-101(Cr)-coated solid-phase microextraction (SPME) fiber was fabricated by a simple direct coating method and applied to the determination of volatile compounds (BTEX, benzene, toluene, ethylbenzene, m-xylene and o-xylene) and semi-volatile compounds (PAHs, polycyclic aromatic hydrocarbons) from water samples. The extraction and desorption conditions of headspace SPME (HS-SPME) were optimized. Under the optimized conditions, the established methods exhibited excellent extraction performance. Good precision (<7.7%) and low detection limits (0.32–1.7 ng L⁻¹ and 0.12–2.1 ng L⁻¹ for BTEX and PAHs, respectively) were achieved. In addition, the MIL-101(Cr)-coated fiber possessed good thermal stability, and the fiber can be reused over 150 times. The fiber was successfully applied to the analysis of BTEX and PAHs in river water by coupling with gas chromatography–mass spectrometry (GC–MS). The analytes at low concentrations (1.7 and 10 ng L⁻¹) were detected, and the recoveries obtained with the spiked river water samples were in the range of 80.0–113% and 84.8–106% for BTEX and PAHs, respectively, which demonstrated the applicability of the self-made fiber.     

CO2在氨基改性MIL-101(Cr)中吸附的分子模拟

采用实验与分子模拟结合的方法研究298 K下CO_2在氨基改性得到的MIL-101(Cr)-NH_2和MIL-101(Cr)-ED(ED:乙二胺)上的吸附性能。比较MIL-101(Cr)、MIL-101(Cr)-NH_2和MIL-101(Cr)-ED的吸附等温线与吸附热的结果,表明采用直接合成改性法得到的MIL-101(Cr)-NH_2比采用合成后再改性得到的MIL-101(Cr)-ED有更高的CO_2吸附容量。进一步比较密度分布图和径向密度分布曲线,分析CO_2在氨基改性MIL-101(Cr)中的吸附位,表明在低压下CO_2首先吸附在MIL-101(Cr)微孔的超级四面体中,随着吸附压力的增大逐渐填充到更大的孔中。氨基的存在增加了CO_2的吸附位点,使MIL-101(Cr)-NH_2具有较高CO_2吸附容量;同时MIL-101(Cr)-ED中的ED分子的存在增加了CO_2的吸附位点,使MIL-101(Cr)-ED也具有较高CO_2吸附容量;但是MIL-101(Cr)-ED中的ED分子占据了MIL-101(Cr)中Cr的吸附位点,使Cr对CO_2的吸附强度减弱,同时可吸附位点少于MIL-101(Cr)-NH_2,导致其对CO_2的吸附容量少于MIL-101(Cr)-NH_2。     

CO2在氨基改性MIL-101(Cr)中吸附的分子模拟

采用实验与分子模拟结合的方法研究298 K下CO₂在氨基改性得到的MIL-101（Cr）-NH₂和MIL-101（Cr）-ED（ED：乙二胺）上的吸附性能。比较MIL-101（Cr）、MIL-101（Cr）-NH₂和MIL-101（Cr）-ED的吸附等温线与吸附热的结果,表明采用直接合成改性法得到的MIL-101（Cr）-NH₂比采用合成后再改性得到的MIL-101（Cr）-ED有更高的CO₂吸附容量。进一步比较密度分布图和径向密度分布曲线,分析CO₂在氨基改性MIL-101（Cr）中的吸附位,表明在低压下CO₂首先吸附在MIL-101（Cr）微孔的超级四面体中,随着吸附压力的增大逐渐填充到更大的孔中。氨基的存在增加了CO₂的吸附位点,使MIL-101（Cr）-NH₂具有较高CO₂吸附容量;同时MIL-101（Cr）-ED中的ED分子的存在增加了CO₂的吸附位点,使MIL-101（Cr）-ED也具有较高CO₂吸附容量;但是MIL-101（Cr）-ED中的ED分子占据了MIL-101（Cr）中Cr的吸附位点,使Cr对CO₂的吸附强度减弱,同时可吸附位点少于MIL-101（Cr）-NH₂,导致其对CO₂的吸附容量少于MIL-101（Cr）-NH₂。     

MIL-101(Cr) Microporous Nanocrystals Intercalating Graphene Oxide Membrane for Efficient Hydrogen Purification

Graphene oxide (GO) is a promising two-dimensional building block for fabricating high-performance gas separation membranes. Whereas the tortuous transport pathway may increase the transport distance and lead to a low gas permeation rate, introducing spacers into GO laminates is an effective strategy to enlarge the interlayer channel for enhanced gas permeance. Herein, we propose to intercalate CO₂-philic MIL-101(Cr) metal-organic framework nanocrystals into the GO laminates to construct a 2D/3D hybrid structure for gas separation. The interlayer channels were partially opened up to accelerate gas permeation. Meanwhile, the intrinsic pores of MIL-101 provided additional transport pathways, and the affinity of MIL-101 to CO₂ molecules resulted in higher H₂/CO₂ diffusion selectivity, leading to a simultaneous enhancement in gas permeance and separation selectivity. The MIL-101(Cr)/GO membrane with optimal structures exhibited outstanding and stable mixed-gas separation performance with H₂ permeance of 67.5 GPU and H₂/CO₂ selectivity of 30.3 during the 120-h continuous test, demonstrating its potential in H₂ purification application.     

Ag-Y/MIL-101吸附剂的制备及其吸附脱硫性能

通过银、钇双金属改性制备了Ag-Y/MIL-101吸附剂,并对Ag-Y/MIL-101进行了X射线衍射(XRD)、电镜(SEMEDS)、比表面积(BET)和热重(TG-DTG)表征。考察了Ag-Y/M IL-101金属负载顺序、金属负载浓度、金属溶液用量、负载时间对脱硫性能的影响,优化了吸附脱硫条件。结果表明,金属改性得到的Ag-Y/MIL-101保持了MIL-101的晶格结构。与M IL-101相比,Ag-Y/MIL-101的比表面积和孔容均有所下降。适宜Ag-Y/MIL-101的制备条件为:先负载银后负载钇,银离子和钇离子的负载浓度均为30 mmol/L,金属溶液用量均为1 mL,负载时间为8 h。适宜Ag-Y/MIL-101的吸附脱硫条件为:吸附剂用量0.05 g,模拟油为10 mL,吸附温度为60℃,吸附时间为8 h。在此条件下,Ag-Y/MIL-101对噻吩的吸附量达到21.7 mg/g。Ag能显著提高MIL-101的吸附硫容,Y能显著提高MIL-101的吸附选择性,因此,Ag-Y/MIL-101吸附剂中Ag和Y的协同作用使其拥有比MIL-101更高的硫容和噻吩脱硫选择性。     

Pt/MIL-101(Cr)在肉桂醛选择性加氢反应中的催化性能

采用简单易行的浸渍法将Pt纳米粒子负载到MIL-101(Cr)上, 制备了Pt/MIL-101(Cr)催化剂, 并对其在肉桂醛选择性加氢反应的催化性能进行了研究。XRD、N₂吸附、TEM和催化性能的研究结果表明, Pt的负载量对负载于MIL-101(Cr)上Pt纳米粒子的尺寸及所制备催化剂对肉桂醇的选择性有很大影响。低Pt负载量(1.0wt%)的Pt/MIL-101(Cr)较其他MOFs和无机材料在肉桂醛选择性加氢反应中表现出了高的催化性能, 在优化的反应条件下肉桂醛转化率和对肉桂醇的选择性可分别达96.5%和86.2%。Pt/MIL-101(Cr)催化剂具有良好的稳定性。Pt/MIL-101(Cr)所表现出的优良的催化性能同MIL-101(Cr)载体的孔道结构及其表面性质密切相关。     

Pt/MIL-101(Cr)在肉桂醛选择性加氢反应中的催化性能

采用简单易行的浸渍法将Pt纳米粒子负载到MIL-101(Cr)上,制备了Pt/MIL-101(Cr)催化剂,并对其在肉桂醛选择性加氢反应的催化性能进行了研究。XRD、N₂吸附、TEM和催化性能的研究结果表明,Pt的负载量对负载于MIL-101(Cr)上Pt纳米粒子的尺寸及所制备催化剂对肉桂醇的选择性有很大影响。低Pt负载量(1.0%)的Pt/MIL-101(Cr)较其他MOFs和无机材料在肉桂醛选择性加氢反应中表现出了高的催化性能,在优化的反应条件下肉桂醛转化率和对肉桂醇的选择性可分别达96.5%和86.2%。Pt/MIL-101(Cr)催化剂具有良好的稳定性。Pt/MIL-101(Cr)所表现出的优良的催化性能同MIL-101(Cr)载体的孔道结构及其表面性质密切相关。