金属有机骨架材料的合成及其在气/液体分离中的应用
金属有机骨架材料（Metal-organic frameworks，MOFs）由于具有均一的孔洞、可设计的丰富的结构类型、可调节的化学多功能性、超高的比表面积等优点，而在气体吸附、催化和分离等领域具有广泛的应用前景。针对大多数MOF在空气中和水中不稳定、无法模拟实际应用等问题，本论文主要阐述了两种稳定的金属有机骨架材料的合成，以及它们分别在气体选择性捕获与转化、液体油水选择性分离中的应用。 1.两种稳定的金属有机骨架材料的合成 以2，2-砜基-4，4-联苯二甲酸为有机配体，Al(NO3)3提供Al3+作为金属离子，采用120℃水热合成法合成了一种含有砜基官能团的金属有机骨架材料，我们命名为USTC-253，通过核磁共振、XRD粉末衍射、红外光谱等表征，我们确定它和MOF-253同构型的结构，并且测试了其在水蒸气条件下的稳定性。 另一种稳定的MOF是以4，4'-（六氟异亚丙基）二酞酸酐作为有机配体，CuCl2提供Cu2+作为金属离子，85℃水热合成一种表面富-CF3的层状MOF，通过单晶衍射、XRD粉末衍射等确定其结构并命名为USTC-6，测试了其在水溶液中长达2个月的稳定性，以及在pH=2到10的酸碱溶液中的稳定性。 2.MOF在气体选择性捕获与转化中的应用 研究发现，含有砜基官能团的USTC-253的CO2捕获能力相比于无砜基官能团的MOF提高了168％-182％（273K，1atm）。在USTC-253合成过程中引入三氟乙酸(TFA)，可获得具有缺陷位和配位不饱和金属中心的USTC-253-TFA，这样CO2捕获能力可以进一步提高167％，在298 K的常温条件下，USTC-253-TFA的CO2与N2选择性吸附因子可达75。为了将捕获的CO2转化利用，研究CO2捕获与转化之间的关系，我们发现，常温常压下USTC-253-TFA在CO2与环氧丙烷的环加成反应中有非常好的催化活性和再循环能力，源于其较高的CO2吸附能力和结构中同时存在的Lewis酸性位点与Brφnsted酸性位点。 3.MOF在油水选择性分离中的应用。 USTC-6的水溶液接触角高达132°，同时具有极好的水稳定性。因而我们可以基于它来模拟实际的大规模的水油分离，我们将USTC-6生长在包裹了氧化石墨烯的海绵上，从而使得海绵吸附剂继承了USTC-6优良的疏水性。通过吸附和挤榨，海绵吸附剂可以回收自身重量1200％-4300％的不同有机溶剂。值得一提的是，我们用管路、回收桶、泵与海绵吸附剂相连搭建成了一套实验室量级的微型连续吸油装置，可以连续不断的将水面漂浮的有机溶剂回收，不需要人力工作，省时方便。
稳定性;金属有机骨架材料;疏水性;油水分离;气体选择性捕获
中国科学技术大学
硕士
无机化学
江海龙
2015
中文
TQ028
64
2015-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）