金属有机骨架材料MIL-101和MOF-74的制备及其CO2吸附性能的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Manjay
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温室效应的加剧给社会经济和环境污染带来了严峻的挑战,目前,碳捕集和封存(CCS)技术被认为是调节大气CO2浓度和治理环境最有希望的策略之一。本研究利用金属有机骨架材料对CO2进行吸附研究。首先对不同添加剂参与合成的MIL-101(Cr)进行表征,比较其结构、形貌和产率的区别。由于不同的阴离子矿化作用不同,氢氟酸作为添加剂法制备的MIL-101(Cr)材料拥有更高的产率和更小的颗粒尺寸。所以本实验后续选择氢氟酸法制备MIL-101(Cr)。采用溶剂热法合成金属有机骨架材料MIL-101(Cr),用回流法将五乙烯六胺(PEHA)负载到MIL-101(Cr)孔道中的不饱和金属位点上,使用扫描电镜、粉末X射线衍射、氮气物理吸附、元素分析和傅里叶变换红外光谱等表征手段考察材料的结构和形貌,测试氨基改性前后的MIL-101(Cr)在25℃,不同压力下对CO2的吸附效果。结果表明,负载0.24 m L五乙烯六胺后的MIL-101(Cr)对CO2的吸附效果最好,在25℃,常压下对CO2的饱和吸附量可达58.94 mg/g,相比未负载的MIL-101(Cr)吸附量(44.21 mg/g)增加了33%。随着吸附压力的增加,MIL-101(Cr)和0.24PEHA-MIL-101(Cr)对CO2的饱和吸附量逐渐增加,当吸附压力为1.1 MPa时,二者的吸附量分别为1147.59 mg/g和1256.74 mg/g,这表明该类材料在高压下对CO2有着良好的吸附效果。由于MOFs材料在潮湿环境下表现出较低的CO2吸附性能和稳定性能。本文采用化学修饰法将多壁碳纳米管(MWCNTs)羧基化,采用溶剂热法合成多壁碳纳米管/Mg-MOF-74材料(CNT@Mg-MOF-74),使用粉末X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、热重分析、扫描电镜、氮气物理吸附等表征手段考察材料的结构和形貌。考察了MWCNTs,Mg-MOF-74,CNT@Mg-MOF-74在25℃、常压下对CO2的吸附效果,CNT@Mg-MOF-74的循环再生性能以及Mg-MOF-74和CNT@Mg-MOF-74在潮湿环境下(温度28℃,相对湿度72%)的结构稳定性。结果表明,MWCNTs的掺杂并不影响Mg-MOF-74的结构和形貌。CNT@Mg-MOF-74相比Mg-MOF-74具有更好的疏水能力。CNT@Mg-MOF-74在25℃、常压下对CO2的饱和吸附量可达79.88 mg/g,相比Mg-MOF-74吸附量(CO2饱和吸附量为59.75 mg/g)增加了34%,5次循环再生率均为100%,而且CNT@Mg-MOF-74相比Mg-MOF-74在潮湿环境下具有更好的结构稳定性。
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