金屬—有機骨架化合物的合成及其甲烷吸附性能研究

【摘要】：金屬-有機骨架化合物是近十幾年來發(fā)展最為迅速的一種新型多孔材料。由于結(jié)構(gòu)的豐富性、可調(diào)性,孔道的多樣性,高比面積及具有不飽和金屬配位等特點,它們在反應催化、氣體存儲和分離等領(lǐng)域有著廣泛應用。尤其在氣體存儲方面更是得到廣泛認可,具有光明的應用前景。金屬有機骨架化合物MOF-5為該種材料的典型代表,它為三維立體結(jié)構(gòu),具有較高的比表面積、均一的孔道結(jié)構(gòu),較大的孔容積,表現(xiàn)出良好的吸附性能。另外,近期,國外報道了一種金屬-有機骨架化合物PCN-14,其是迄今為止最大的甲烷存儲MOFs。 本文以醋酸鋅為鋅源,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑,三乙胺(TEA)為去質(zhì)子化劑,通過室溫攪拌的方法合成了金屬-有機骨架化合物MOF-5。并通過浸泡,真空加熱的方法完成對其活化。利用XRD及氮吸脫附對其進行了表征,并完成在一定溫度和壓力下的甲烷吸附性能測試。另外,本文也嘗試了金屬-有機骨架化合物PCN-14的合成。 研究結(jié)果表明,憑借溶劑干燥除水,裝置抽真空及氮氣保護,嚴格控制水份的參與,室溫攪拌2.5h后,成功合成了金屬-有機骨架化合物MOF-5。經(jīng)過DMF的洗滌,浸泡及一定量三氯甲烷70℃下,6×8h的活化,很好地清除了MOF-5微孔及顆粒間隙處的溶劑分子。氮氣吸脫附測試顯示MOF-5的BET比表面積為2776.9020 m2/g,孔徑均一,為0.88nm左右。在T=295.15K,P=3.937MPa下,活化后的金屬-有機骨架化合物MOF-5粉末的甲烷過剩吸附量為7.0526 mmol/g。隨著樣品堆積密度的增加,樣品的甲烷吸附性能也隨之下降。通過多次的甲烷充放測試,樣品表現(xiàn)出很好的重復性能。通過曲線擬合,得到在T=295.15K下,吸附甲烷的等量吸附熱為13.2 kJ mol-1。在PCN-14的合成過程中,實驗室積累了一些寶貴經(jīng)驗。 【關(guān)鍵詞】：金屬-有機骨架化合物 MOF-5 PCN-14 甲烷吸附
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：O621.3;O647.32
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 緒論7-19
• 1.1 課題的研究背景及意義7
• 1.2 金屬-有機骨架材料7-15
• 1.2.1 金屬-有機骨架材料的研究進展8-9
• 1.2.2 金屬-有機骨架材料的分類9-10
• 1.2.3 金屬-有機骨架材料的特性10-12
• 1.2.4 金屬-有機骨架材料的合成方法12-13
• 1.2.5 金屬-有機骨架材料在甲烷存儲方面的應用13-15
• 1.3 金屬-有機骨架材料MOF-5 及PCN-1415-18
• 1.3.1 金屬-有機骨架材料MOF-515-17
• 1.3.2 金屬-有機骨架材料PCN-1417-18
• 1.4 本課題的主要研究內(nèi)容18-19
• 第2章 實驗材料與方法19-26
• 2.1 實驗主要原料及器材19
• 2.2 金屬-有機骨架化合物MOF-5 及PCN-14 合成19-21
• 2.2.1 MOF-5 的合成及活化19-21
• 2.2.2 PCN-14 的合成21
• 2.3 金屬-有機骨架化合物的表征21-22
• 2.3.1 X 射線粉末衍射(XRD)分析22
• 2.3.2 氮氣吸脫附測試22
• 2.4 金屬-有機骨架化合物的甲烷吸附性能測試22-26
• 2.4.1 HAXF-I 型天然氣吸附評價裝置22-23
• 2.4.2 容量法甲烷吸脫附裝置測試23-26
• 第3章 MOF-5 的合成和活化以及表征26-34
• 3.1 MOF-5 的合成26-28
• 3.1.1 分子篩的活化及溶劑的除水26
• 3.1.2 鋅鹽液的除水26-27
• 3.1.3 對苯二甲酸(H_28DC)的溶解和鋅鹽液的轉(zhuǎn)移以及反應合成27-28
• 3.2 MOF-5 的活化28-29
• 3.3 MOF-5 的保存29-30
• 3.4 合成量的擴大30-32
• 3.5 活化后的MOF-5 的氮氣吸脫附測試32-33
• 3.6 本章小結(jié)33-34
• 第4章 MOF-5 甲烷吸附性能測試34-54
• 4.1 HAXF-I 型裝置的調(diào)試34
• 4.2 容量法甲烷吸脫附裝置的組裝與調(diào)試34-36
• 4.2.1 裝置的組裝34-35
• 4.2.2 氣密性的檢測35-36
• 4.3 氣體狀態(tài)方程的選定36-38
• 4.4 體積標定38-40
• 4.5 測試方法的選定40-44
• 4.6 樣品堆積密度對甲烷吸附量的影響44-50
• 4.6.1 0.5MPa 壓片后的甲烷吸附量測試44-46
• 4.6.2 1.0MPa 壓片后的甲烷吸附量測試46-47
• 4.6.3 2.0MPa 壓片后的甲烷吸附量測試47-50
• 4.7 甲烷吸附等溫線的曲線擬合50-53
• 4.8 本章小結(jié)53-54
• 第5章 PCN-14 的嘗試合成54-58
• 5.1 H_4ADIP 有機配體的合成54-56
• 5.2 PCN-14 金屬-有機骨架化合物的合成56-57
• 5.3 本章小結(jié)57-58
• 結(jié)論58-59
• 參考文獻59-64
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文64-66
• 致謝66

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