金属-有机骨架材料(MOF-177)制备及其吸附典型VOCs性能研究.pdf

1、浙江大学硕士学位论文金属-有机骨架材料（MOF-177）制备及其吸附典型VOCs性能研究姓名：薛峰申请学位级别：硕士专业：环境科学指导教师：杨坤2013-03浙江大学硕士学位论文摘要摘要室内空气污染浓度水平通常是户外的2 1 0 0 倍，许多典型室内空气污染物具有三致效应，对人类健康有极大危害。为提高室内空气质量，改善居住、办公条件，我们要对室内空气污染进行防治。吸附法是最常用的空气污染控制技术，而高效的吸附材料则是该技术的核心。金属有机骨架材料(M O F s)由于其比表面积巨大、微孔结构有序、孔尺寸多样、孔表面官能团和表面势能多样等优势，在气体分离净化方面具有广阔的应用前景。本论文采用溶剂

2、热法，以六水合硝酸锌和1，3，5 一苯三安息香酸为原料，N,N 二乙基甲酰胺为溶剂，合成了M O F 1 7 7 材料。该材料L a n g m u i r 比表面积可达4 1 7 0 m 2 g，最大孔体积达到1 1 3 2 m L g，平均孔径为0 9 4 n m。材料的热稳定性能良好，低于4 0 0 条件下不会分解。M O F 1 7 7 材料对丙酮、苯、甲苯、乙苯、二甲苯和苯乙烯等挥发性有机化合物(V O C s)具有很高的静态和动态吸附容量。其中对丙酮和苯的静态饱和吸附量分别达到7 6 5 m g g(1 3 2 m m o l g)和9 5 3 m g g(1 2 2 m m o

3、l g)；动态饱和吸附量分别达到4 8 7 m g g(8 3 8 m m o l g)和6 9 5 m g g(8 9 0 m m o l g)。发现M O F 一1 7 7材料对这些V O C s 的静态和动态单层饱和吸附量与气体分子截面积呈负相关。V O C s 气体的动态饱和吸附量都比其静态饱和吸附量低，而且M O F 一1 7 7 对乙苯、1，2 二甲苯、1，3 二甲苯、l，4 二甲苯和苯乙烯的动态饱和吸附量几乎没有差异。初步探明其机理为：在动态吸附过程(空气为载气)中，当多个V O C s 气体分子相互接近时，N 2 和0 2 等空气分子夹杂在V O C s 气体分子之间，产生空间

4、位阻效应使得吸附质分子相互聚集地紧密程度较静态吸附(真空环境)时减弱，造成动态吸附量较小以及M O F 1 7 7 对乙苯、二甲苯和苯乙烯的饱和吸附量基本一样。关键词：M O F 一1 7 7、溶剂热合成、吸附、V O C s浙江大学硕士学位论文摘要浙江大学硕士学位论文A B S T R A C TA B S T R A C TT h ec o n c e n t r a t i o n so fp o l l u t i o n si ni n d o o ra i ra r eu s u a l l y2-10 0t i m e sh i g h e rt h a nt h a ti no

5、 u t d o o ra i r An u m b e ro ft h et y p i c a lp o l l u t i o n si ni n d o o ra i ra r ec a r c i n o g e n i c，t e r a t o g e n i c，a n dm u t a g e n i c，a n dp o s eg r e a th e a l t hr i s k st oh u m a nb o d i e s T h e r e f o r e，t h ei n d o o ra i rq u a l i t ys h o u l db ei m p

6、r o v e db yr e m o v i n gt h ea i rp u l l u t a n t s S o r p t i o nb ya d s o r b e n t si sau s e f u lt h c h n i q u ef o rt h er e m o v a lo fp o l l u t a n t sf r o ma i r,f o rw h i c ht h ea d s o r b e n ti st h em o s ti m p o r t a n tt h i n g M e t a l o r g a n i cf r a m e w o r

7、 k sa r eat y p eo fp r o m i s i n ga d s o r b e n t si na p p l i c a t i o n so fg a ss e p a r a t i o na n dp u r i f i c a t i o nd u et ot h e i rh i g hs p e c i f i cs u r f a c ea r e aa n dl a r g ea c c e s s i b l ep o r ev o l u m eI nt h i ss t u d y,M O F 一17 7 w e r es y n t h e s

8、i z e df r o mZ n(N 0 3)2 6 H 2 0a n db e n z e n e t r i b e n z o a t ei nN，N d i m e t h y l a c t a m i d es o l u t i o nb yt h es o l v o t h e r m a ls y n t h e s i sm e t h o d T h es p e c i f i cs u r f a c ea r e a，c a l c u l a t e db yL a n g m u i rm o d e l，o ft h es y s t h e s i z

9、e dM O F 一17 7w a s417 0m 2 g T h ec u m u l a t i v ep o r e，c a l c u l a t e db yt h eS a i t o-F o l e ym e t h o d，o ft h es y s t h e s i z e dM O F 17 7w a s1 13 2 c m 3 g，a n dt h em e d i a np o r ed i a m e t e rw a s0 9 4 n m T h i sm a t e r i a li ss t a b l ee v e na tt h et e m p e r

10、a t u r eu pt o4 0 0。CM O F 17 7h a dh i g hm o n o l a y e rs a t u r a t e da d s o r p t i o nc a p a c i t i e so fv o l a t i l eo r g a n i cc o m p o u n d s(V O C s)，i n c l u d i n ga c e t o n e，b e n z e n e，t o l u e n e，e t h y l b e n z e n e，x y l e n ea n ds t y r e n e T h em o n o

11、l a y e rs a t u r a t e da d s o r p t i o nc a p a c i t i e so fa c e t o n ea n db e n z e n ew e r e7 6 5 m g g(1 3 2 m m o l g)a n d9 5 3 m g g(1 2 2 m m o l g)o b t a i n e dw i t hs t a t i ca d s o p r t i o ne x p e r i m e n t s，r e s p e c t i v e l y T h es a t u r a t e da d s o r p t

12、i o nc a p a c i t i e so fa c e t o n ea n db e n z e n ew e r e4 8 7 m g g(8 3 8 m m o l g)a n d6 9 5 m g g(8 9 0 m m o l g)o b t a i n e dw i t hd y n a m i ca d s o p r t i o ne x p e r i m e n t s，r e s p e c t i v e l y W eo b s e r v e dt h a tt h em o n o l a y e rs a t u r a t e da d s o r

13、p t i o nc a p a c i t i e so fV O C so nM O F-17 7d e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n go fg a sm o l e c u l a rc r o s s s e c t i o n a la r e a s M o r e o v e r,t h ea d s o r p t i o na m o u n t so ft h e s ee i g h tV O C so b t a i n e dw i t hd y n a m i ca d s o p r t i o ne x

14、p e r i m e n t sw e r el o w e rt h a nt h a to b t a i n e dw i t hs t a t i ca d s o p r t i o ne x p e r i m e n t s T h e r e f o r e，w ep r o p o s e dt h a tt h et i g h t n e s so fV O C sm o l e c u l e si nd y n a m i ca d s o r p t i o ne x p e r i m e n t sw e r ew e a k e rt h a nt h a

15、ti ns t a t i ca d s o p r t i o ne x p e r i m e n t sd u et ot h ee x i s t e n c eo fa i rm o l e c u l e s I nd y n a m i ca d s o r p t i o nV辑江大学硕士学位论文A B S T R A C Te x p e r i m e n t s，t h eo b t a i n e ds a t u r a t e da d s o r p t i o na m o u n t so fV O C s，s u c ha sc t h y l b e n

16、z e n e，x y l e n e sa n ds t y r e n e，w e r ea l m o s tt h es a m ei ft h ec r o s s s e c t i o n a la r e a so ft h e s eV O C sm o l e c u l e sw e r ea l m o s te q u a l T h i sp h e n o m e n o nc o u l db ea t t r i b u t e dt ot h es t e n ci n t e r f e r e n c e so fd i f f e r e n tV O C sm o l e c u l e sw h i c hw e r ec o u n t e r a c t e db ya i rm o l e c u l e s K e y w o r d s：M O F _ 17 7；s o l v o t h e r m a ls y n t h e s i s；a d s o r p t i o n；v o l a t i l eo r g a n