碱性金属修饰金属有机骨架材料MOF-5吸附位点及其常态下分离二氧化碳/甲烷的应用

利用“一步法”合成并表征了4种碱性金属修饰的金属有机骨架材料MOF-5(记作M-MOF-5,M=Li,Na,K,Mg)。 并应用理想溶液吸附理论(IAST)对样品吸附选择性进行计算比较。 结果表明,碱性金属掺入可以降低MOF-5材料骨架结构的“互穿”程度,同时,在常温常压下,M-MOF-5对CO₂/CH₄的吸附选择性相对MOF-5(选择性为3.79)有着显著提高,尤其是Li-MOF-5(选择性为7.39)。 此外,Li-MOF-5的CO₂捕获能力相对MOF-5也有提高。     

金属有机骨架材料MOF-5上噻吩硫化物的吸附分离

将金属有机骨架材料应用于燃油深度脱硫研究。采用水热法合成了金属有机骨架材料MOF-5,利用XRD、N2吸附和SEM等技术对其结构进行了表征。通过测定固定床吸附穿透曲线,考察了模型燃油类型对MOF-5吸附分离噻吩效果的影响。结果表明,MOF-5对硫化物的吸附容量超过了文献报道;在脂肪油中其穿透容量和饱和容量质量分数分别为0.90%和1.92%,在芳香模型物质中其穿透容量和饱和容量质量分数分别为0.64%和1.72%。通过采用与活性炭分层填装吸附柱技术,解决了溶解水对脱硫的影响,为吸附脱硫技术提供了新思路。     

基于超分子构筑模块和酰胺插入的螺旋配体的PCN类型金属有机骨架的结构和选择性吸附CO2

首次实现了窗口缩小的小斜方六面体超分子构筑模块(SBB)和酰胺功能化螺旋配体5,5’-(((1,1’-biphenyl)-2,2’-dicarbonyl)bis(azanediyl))diisophthalic acid (H₄L)的链接,形成了一个pcu拓扑的微孔金属有机骨架[Cu₂(L)(H₂O)₂]·DMF·6H₂O(NTUniv-53),其在室温下展示了良好的二氧化碳吸附选择性。由于窗口缩小和酰胺的共同作用,该选择性基本不受温度变化的影响。     

金属有机骨架材料MOF-5吸附苯并噻吩性能

苯并噻吩类硫化物的脱除是燃油实现深度脱硫的关键。实验研究了典型的金属有机骨架材料MOF-5吸附苯并噻吩性能。结果表明,MOF-5对模型油中苯并噻吩的吸附动力学过程满足拟二级动力学模型。Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich (D-R) 三种等温吸附模型均可较好地描述MOF-5对苯并噻吩的等温吸附行为 (Freundlich>D-R>Langmuir)。热力学参数表明,MOF-5对苯并噻吩的吸附是自发的吸热吸附过程。     

生物金属有机框架ZnBTCA对CO2的选择性吸附性能

采用溶剂热法制备的生物金属有机框架ZnBTCA,在CO_2的吸附过程中表现出有趣的主客体化学现象,通过计算发现随着CO_2吸附量的增加,吸附焓逐渐增大。采用4种模型分别对其进行拟合,并通过理想吸附溶液理论模拟预测ZnBTCA对二元混合气体的选择性,试图找到ZnBTCA反常吸附行为的合理解释:ZnBTCA带有氨基和N-活性位点,且孔道内含有大量的客体离子。虽然ZnBTCA孔径较大,但由于其本身的阴离子框架,孔道中的(CH3)2NH2+抗衡离子并未完全去除而降低了可接触的微孔体积,在吸附过程中存在分子筛效应,在二元混合气体中对CO_2具有很高的吸附选择性。     

一个微孔钴基金属有机骨架的合成及其选择性气体吸附

利用硝酸钴与配体5,5''-di (1H-1,2,4-triazol-1-yl)-(1,1''-biphenyl)-2,2''-dicarboxylic acid (H₂DTBDA)进行溶剂热反应,制备了一个结构新颖的金属有机骨架{[Co (DTBDA)]₂·DMF·MeOH}_n (FJI-H37)。FJI-H37不仅具有适合气体分子吸附的0.69 nm的微孔,还具有良好的热稳定性及有机溶剂容忍性。气体吸附测试表明FJI-H37不仅能从C₂H₂/CO₂(体积比50∶50)混合气中选择性吸附C₂H₂,还可以从CO₂/N₂(体积比15∶85)和CO₂/CH₄(体积比50∶50)混合气中选择性捕获CO₂;固定床突破实验进一步证实了其高效的气体分离能力。     

一个微孔钴基金属有机骨架的合成及其选择性气体吸附

利用硝酸钴与配体5,5''-di (1H-1,2,4-triazol-1-yl)-(1,1''-biphenyl)-2,2''-dicarboxylic acid (H₂DTBDA)进行溶剂热反应,制备了一个结构新颖的金属有机骨架{[Co (DTBDA)]₂·DMF·MeOH}_n (FJI-H37)。FJI-H37不仅具有适合气体分子吸附的0.69 nm的微孔,还具有良好的热稳定性及有机溶剂容忍性。气体吸附测试表明FJI-H37不仅能从C₂H₂/CO₂(体积比50∶50)混合气中选择性吸附C₂H₂,还可以从CO₂/N₂(体积比15∶85)和CO₂/CH₄(体积比50∶50)混合气中选择性捕获CO₂;固定床突破实验进一步证实了其高效的气体分离能力。     

一个微孔钴基金属有机骨架的合成及其选择性气体吸附

利用硝酸钴与配体5,5''-di(1H-1,2,4-triazol-1-yl)-(1,1''-biphenyl)-2,2''-dicarboxylic acid (H₂DTBDA)进行溶剂热反应,制备了一个结构新颖的金属有机骨架{[Co(DTBDA)]₂·DMF·MeOH}_n (FJI-H37)。FJI-H37不仅具有适合气体分子吸附的0.69 nm的微孔,还具有良好的热稳定性及有机溶剂容忍性。气体吸附测试表明FJI-H37不仅能从C₂H₂/CO₂(体积比50:50)混合气中选择性吸附C₂H₂,还可以从CO₂/N₂(体积比15:85)和CO₂/CH₄(体积比50:50)混合气中选择性捕获CO₂;固定床突破实验进一步证实了其高效的气体分离能力。     

双金属MOF-74-CoMn催化剂的制备及其CO选择性催化还原技术应用

采用水热法成功地合成了不同比例的双金属MOF-74-CoMn催化剂,并成功用于以CO为还原剂的选择性催化还原脱硝（CO-SCR）反应.实验结果表明,双金属MOF-74-CoMn催化剂的NO_x转化率普遍高于单金属MOF-74-Co催化剂,且反应温度窗口更宽,其中,MOF-74-Co1Mn2的NO_x转化率最高,在175~275 ℃的温度范围内接近100%.进而,通过X射线粉末衍射（XRD）,热重分析（TGA）,扫描电镜（SEM）,N₂吸附/脱附,X-射线光电子光谱（XPS）,氢气程序升温还原性能测试（H₂-TPR）和原位红外光谱（FTIR）技术对双金属MOF-74-CoMn催化剂进行了表征和分析,发现金属Co、Mn的协同作用可以促进不饱和金属位点和氧空位的形成,从而提高CO选择性催化还原反应（CO-SCR）的效率.     

磷钼钨杂多酸修饰金属有机骨架MOF-5复合材料吸附亚甲基蓝

采用水热合成法,在合成金属有机骨架MOF-5的过程中引入活性组分磷钼钨杂多酸(H₆P₂Mo₁₅W₃O₆₂),制备出一种新型吸附剂H₆P₂Mo₁₅W₃O₆₂/MOF-5。 利用H₆P₂Mo₁₅W₃O₆₂/MOF-5材料对亚甲基蓝溶液进行了材料的吸附性能研究,探讨了亚甲基蓝溶液的初始pH值和初始浓度以及不同吸附温度对吸附量的影响。 结果表明,在较低的温度和亚甲基蓝溶液较低的初始pH值的条件下,有利于H₆P₂Mo₁₅W₃O₆₂/MOF-5对亚甲基蓝的吸附。 实验结果能够较好地符合Langmuir吸附等温式以及二级动力学模型,对亚甲基蓝的最大吸附量可达401.6 mg/g。 热力学参数ΔG<0、ΔH<0和ΔS>0,表明H₆P₂Mo₁₅W₃O₆₂/MOF-5对亚甲基蓝的吸附过程是自发、放热的。 此外,还探讨了H₆P₂Mo₁₅W₃O₆₂/MOF-5对甲基紫、孔雀石绿、罗丹明B和甲基橙等其它染料的吸附性能,结果表明,H₆P₂Mo₁₅W₃O₆₂/MOF-5对阳离子染料有较好的吸附效果。     

新型金属有机气凝胶的合成、 表征及气体吸附性能

利用高稳定性的UiO-66系列金属有机骨架多孔材料制备金属有机气凝胶材料, 制得的UiO-66系列金属有机气凝胶材料具有多级孔结构和较高的比表面积, 在气体吸附分离领域具有较大应用潜力. 气体吸附实验结果表明, UiO-66-NH₂金属有机气凝胶材料具有极佳的CO₂吸附性能和CO₂/CH₄分离性能, 通过理想吸附溶液理论计算得出其吸附选择性高达18.3.     

基于半刚性配体的柔性超微孔金属有机骨架的合成及其尺度选择性二氧化碳捕获

基于半刚性的配体3'',5''-di(1H-1,2,4-triazol-1-yl)-(1,1''-biphenyl)-3,5-dicarboxylicacid(H₂DTBDA)和硝酸钴制备了一个柔性超微孔的金属有机骨架{[Co(DTBDA)]·4H₂O}_n(FJI-H35),并对该材料的结构进行了系统的表征。FJI-H35活化以后可以发生自适应的结构转变,使得孔径从0.43nm收缩到0.37nm。气体吸附测试表明FJI-H35可以从氮气和甲烷中选择性捕获二氧化碳,具有很高的吸附选择性和相对低的吸附焓。突破实验进一步证实FJI-H35可以从二氧化碳/氮气(15∶85,V/V)和二氧化碳/甲烷(50∶50,V/V)混合气中高效选择性捕获二氧化碳。     

基于半刚性配体的柔性超微孔金属有机骨架的合成及其尺度选择性二氧化碳捕获

基于半刚性的配体3′,5′-di(1H-1,2,4-triazol-1-yl)-(1,1′-biphenyl)-3,5-dicarboxylic acid (H₂DTBDA)和硝酸钴制备了一个柔性超微孔的金属有机骨架{[Co(DTBDA)]·4H₂O}_n (FJI-H35),并对该材料的结构进行了系统的表征。FJI-H35活化以后可以发生自适应的结构转变,使得孔径从0.43 nm收缩到0.37 nm。气体吸附测试表明FJI-H35可以从氮气和甲烷中选择性捕获二氧化碳,具有很高的吸附选择性和相对低的吸附焓。突破实验进一步证实FJI-H35可以从二氧化碳/氮气(15∶85,V/V)和二氧化碳/甲烷(50∶50,V/V)混合气中高效选择性捕获二氧化碳。     

H3PMo12O40/MOF-808复合材料制备及其吸附性能研究

以Keggin型磷钼酸、1,3,5-均苯三甲酸和八水氯氧化锆为原料,通过一步原位溶剂热制备了复合型吸附剂,通过XRD、SEM、FT-IR和TGA等表征手段说明,将亲水性杂多酸固定在MOF-808金属有机骨架基体上,对水溶液中亚甲基蓝溶液的吸附能力得以提升。动力学实验表明,H₃PMo₁₂O₄₀/MOF-808对亚甲基蓝的吸附符合准二级动力学模型,吸附等温线遵循Langmuir等温线模型,表明MB均匀吸附在H₃PMo₁₂O₄₀/MOF-808表面。根据Langmuir模型,在pH值为8,T=303K,吸附剂吸附性能最好。热力学研究表明,吸附过程是一个自发的放热反应。此外,H₃PMo₁₂O₄₀/MOF-808在五个连续循环实验中从其水溶液中吸附MB分子,表现出较好地可重复使用性。     

季铵功能化的金属有机骨架对水中双氯芬酸钠的高效吸附与去除

通过两步合成法制备了季铵功能化的金属有机骨架MIL-101（Cr）即MIL-101（Cr）-NMe₃,并考察了该材料对双氯芬酸钠（DCF）的吸附行为。通过不同浓度的DCF在MIL-101（Cr）-NMe₃吸附剂上的动力学数据,以及在不同温度下的吸附平衡等温线和MIL-101（Cr）-NMe₃吸附剂的重复使用性能考察,发现该材料对DCF的吸附过程符合准二级动力学方程,吸附平衡等温线符合Langmuir等温吸附模型,在20℃下的最大吸附量为310.6 mg/g,5次循环使用后吸附量未明显减少。MIL-101（Cr）-NMe₃对DCF的吸附作用机理可归结为静电相互作用和π-π相互作用,吸附效果远大于未修饰氨基的MIL-101（Cr）。可以预见该材料对水中DCF的去除具有良好的应用前景。     

化学反应的选择性和金属有机化学

本文是对旨在提高合成效率的化学反应选择性和金属有机化学关系的综述,按金属有机化合物的基元反应进行讨论。     

官能团修饰对MOF-5的气体分子吸附影响

采用紧束缚近似计算方法,研究了金属有机骨架(MOF-5)和不同官能团(―NO2,―NH2,―CH3,―OZn)修饰后的MOF-5不同吸附位点的CO2等温室气体和部分工业废气吸附性能以及对不同气体的选择性吸附能力.结果表明,对于未修饰的MOF-5,位点I和II是主要的吸附位点,最大吸附能可达-0.25eV.官能团修饰提高了MOF-5对CO2的吸附能力,其与官能团活性和局部位型密切相关.其中―NO2修饰使各位点的CO2吸附能力都有一定提高.同时,―NO2修饰后MOF-5对空气环境(O2,N2,H2O,CO2),工业废气环境(CO2,CO,NO,NO2,SO2,SO3)中不同气体有明显的选择性吸附能力.     

金属有机骨架材料在吸附分离研究中的应用进展

作为一种新型的纳米多孔材料,金属有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks,MOFs）在近二十余年中得到了飞速的发展.MOFs材料由无机金属离子和有机配体通过自组装形成,具有许多优于传统多孔材料的特性.超高的比表面积、较高的孔隙率、可调的孔道尺寸、良好的热稳定性和化学稳定性使得MOFs材料在多个领域中展现出了广阔的应用前景.随着研究的不断深入,MOFs材料被广泛应用于催化反应、吸附分离、生物医学等领域中,并表现出了优异的效果.本文着力于近年来MOFs材料在吸附分离研究中的进展,重点介绍了这类材料在能源气体贮存、碳捕获、膜分离、液相吸附、色谱的分离净化方面的应用,并对其今后的发展进行了展望.     

内嵌金属富勒烯的笼外化学修饰

内嵌金属富勒烯以其独特的结构和新奇的性质吸引了众多科学家的目光,对它们进行笼外化学修饰是最近十年来新兴的研究热点,这对于考察内嵌金属富勒烯的结构及化学物理性质并拓宽其应用范围具有重要意义。本文将内嵌金属富勒烯与各种底物的不同作用分类,以反应类型为线索,详细概括了已发表的内嵌金属富勒烯的各种笼外化学反应,包括各种环化反应、内嵌金属富勒烯与杯芳烃及冠醚的自组装、单键相连的衍生物、水溶性衍生物以及用内嵌金属富勒烯填充碳纳米管等。在对各种化学反应阐述的同时,对内嵌金属富勒烯的可能应用也进行了总结,并提出了自己的看法。     

磺酸功能化金属-有机骨架吸附脱氮性能

以硝基甲烷为溶剂,采用三氟甲磺酸酐(Tf2O)和浓硫酸对金属有机骨架材料MIL-101(Cr){Cr3F(H2O)2O[(O2C)-C6H4-(CO2)]3nH2O(n~25)}进行磺酸功能化修饰,使其孔壁配体上形成磺酸基团.通过改变MIL-101(Cr)、Tf2O和浓硫酸的摩尔配比,得到含有不同磺酸基团数量的S-MIL-101(Cr),对磺化后的材料进行了X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)、氮气物理吸附、酸碱电位滴定以及热重分析(TGA)表征.结果表明,磺酸功能化后MIL-101(Cr)的孔道结构仍然保持,比表面积和孔径有所下降,表面磺酸基团的数量根据磺化程度的不同从0.21到0.42 mmol g-1不等.将磺酸功能化后的MIL-101(Cr)用于液体燃料的吸附脱氮,发现磺酸功能化能够增强MIL-101(Cr)与含氮化合物的相互作用,有利于其对碱性氮化物的吸附脱除.相对于未经磺化的样品,按照摩尔配比n(MIL-101(Cr)):n(H2SO4):n(Tf2O)=1:3:4.5反应得到的磺酸功能化MIL-101(Cr)对喹啉和吲哚的吸附量提高较大,其对喹啉和吲哚的Langmuir最大吸附量分别提高了12.2%和6.3%.通过乙醇洗涤,吸附剂可再生,经过三次再生之后的吸附剂对模拟燃料中含氮化合物的吸附量没有明显的降低.