超重力法制备ZIF-L纳米片及其应用性能研究
近年来，MOFs纳米片（二维金属有机框架材料）受到了越来越多的关注，它结合了MOFs的优异性能与二维纳米材料独特的物理化学性质，如巨大的比表面积、超薄的厚度和丰富的可达活性位点等。然而，高质量MOFs纳米片的可控制备仍是巨大挑战。ZIF-L因其化学性能优异，应用领域广泛而成为一种广为研究的MOFs纳米片。鉴于此，本论文提出采用超重力法高效制备ZIF-L纳米片。主要考察了转速、温度、时间等工艺参数对最终产物形貌、尺寸和厚度等的影响；进一步探究了ZIF-L纳米片催化Knoevenagel缩合反应和催化降解PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）的应用性能。全文的主要研究内容和结果如下： 1、基于旋转填充床反应器，采用超重力法可控制备ZIF-L纳米片。重点探究了不同工艺条件对纳米片的形貌、大小和厚度等的影响规律，结果表明：反应温度对合成纳米片形貌的影响大，在25-75℃内改变温度可以调控纳米片的形貌，但过高的温度（如75℃）不利于ZIF-L纳米片的形成；在相同的生长时间下，随着超重力循环时间的延长，颗粒尺寸变小；超重力转速和进料流率对纳米片的尺寸影响不明显。基于上述研究，确定了较优制备工艺条件：超重力转速为2500rpm，进料流率为150mL·min-1，循环时间为20min，生长时间为45min，温度为25℃。较优条件下，超重力法制备的纳米片平均粒径约为3.7μm，平均厚度约为130nm，BET比表面积为308.63m2·g-1。与搅拌釜法相比，超重力法合成的ZIF-L纳米片尺寸更小，粒径和厚度分布更窄，比表面积更大，合成时间更短。 2、研究了ZIF-L纳米片催化Knoevenagel缩合反应的应用性能。主要考察了不同反应条件对催化效率的影响，结果表明：随着催化剂用量和丙二腈添加量的增加，苯甲醛的转化率增加；叶状和花状形貌的纳米片催化效率更高；不同取代基的醛作为反应底物对反应体系的反应速率影响较大。较优的催化条件：在选用苯甲醛作为反应底物的条件下，ZIF-L/苯甲醛摩尔比为3.5mol%，苯甲醛/丙二腈摩尔比值为1:1.9，反应2h，苯甲醛转化率达99.25%。相比搅拌釜法产品（87.40%），超重力法产品（99.25%）苯甲醛转化率提高约12%。此外，ZIF-L纳米片具有良好的循环回收性能。 3、研究了ZIF-L纳米片催化降解PET的应用性能。主要考察了不同反应条件对PET降解效果的影响，结果表明：PET的转化率随催化剂用量和降解剂乙二醇（EG）的增加而增加，随反应时间的延长而增大，随反应温度的升高而显著增加。较优的催化降解条件：ZIF-L/PET质量比为0.2%，EG/PET质量比为10，在195℃下降解15min，PET转化率达95.16%，降解30min，PET转化率达99.86%。相比搅拌釜法产品（59.48%），超重力法产品（72.30%）PET转化率提高约12%。
ZIF-L纳米片;Knoevenagel缩合反应;PET降解;超重力技术;二维金属有机框架材料
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
王洁欣
2022
中文
TB383
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）