论文部分内容阅读
MOFs材料因其高比表面积,发达的孔隙和不饱和金属位点等优点在CO2捕获方面具有广泛的实际应用前景。而MOFs的成型和增强其水汽稳定性对MOFs材料实际应用极为重要。本文主要研究制备了两种MOFs复合材料和增强一种MOFs材料的水汽稳定性。主要涉及选取一种稳定性高、CO2吸附性能好的MIL-100（Fe）和一种合成简便,CO2吸附量很高的Cu-BTC与纸浆纤维PFs复合进行成型,制备高CO2吸附容量且机械性能优良的片状MOFs@PFs复合材料;通过咪唑掺杂合成高比表面积、高CO2吸附容量且高水汽稳定性的Imi@Cu-BTC材料。（1）首次制备出MIL-100（Fe）@PFs和Cu-BTC@PFs复合材料。其中,80MIL-100（Fe）@PFs复合材料的BET比表面积可达到1411m2/g,约为原始MIL-100（Fe）的67.4%。MOFs@PFs有着良好的热稳定性、柔韧性和机械稳定性。（2）研究了MOFs@PFs的CO2吸附和脱附性能。结果显示,随着MOFs的负载比例增加,MOFs@PFs其CO2吸附容量增加。3#Cu-BTC@PFs在298 K,1 bar下吸附容量可达到3.56 mmol/g,优于常规吸附剂和许多MOFs材料。MOFs@PFs展示出优良的吸附脱附循环性能。五次吸附和脱附循环实验表明,MOFs@PFs的CO2再生效率可高达95%。（3）提出一种增强Cu-BTC水汽稳定性和常温快速合成Imi@Cu-BTC的方法。本文应用前合成改性法将咪唑掺杂改性Cu-BTC,制备出新型的Imi@Cu-BTC材料,其BET比表面积可达到1694 m2/g。FTIR谱图显示Imi1/3@Cu-BTC在1542 cm-1范围出现了咪唑（Imi）的双峰振动,即C=C和C=N的伸缩振动峰,表明咪唑（Imi）已经成功的改性Cu-BTC。（4）本文探究通过咪唑改性Cu-BTC增强其水汽稳定性的机理。将Cu-BTC和Imi1/3@Cu-BTC在84%的湿度下暴露10天和20天后,测试其PXRD和CO2吸附等温线,结果显示,20天后,Cu-BTC已经坍塌,吸附量几乎为零,而Imi1/3@Cu-BTC晶型保持完整,其吸附量仍然有3.4 mmol/g,表明Imi@Cu-BTC材料具有很强的水汽稳定性。通过DFT模拟,阐明Cu-BTC中Cu会与咪唑中的N结合生成Cu-N键强于其与H2O结合生成的Cu-O键,从而有效增强Imi@Cu-BTC水汽稳定性的机理。