納米尺度金屬—有機(jī)骨架材料MIL-101(Cr)的快速制備及其改性研究.pdf

1、納米尺度金屬-有機(jī)骨架材料(Metal-Organic Frameworks，MOFs)是一類通過有機(jī)配體和金屬化合物反應(yīng)形成的一種具有特殊性質(zhì)的骨架材料。此類材料由于其本身具有比表面積大、高孔性、孔隙可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛關(guān)注研究。這類納米尺度多孔材料被應(yīng)用于氣體存儲(chǔ)、吸附和選擇性分離、催化、分子傳感以及有機(jī)染料的吸附與分離等諸多領(lǐng)域。但是多孔材料的傳統(tǒng)合成方法往往需要克服反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、高溫和高壓等缺點(diǎn)，不僅操作過程繁瑣，而且也造成了能源

2、的極度浪費(fèi)。本論文旨在通過微波、超聲、超聲擴(kuò)散等快速制備方法快速合成骨架類多孔材料，并探索用骨架材料作為模板快速合成其他多孔性質(zhì)的材料的方法。
　　溶劑擴(kuò)散法、低壓蒸汽法、傳統(tǒng)水熱法和溶劑熱法等都是傳統(tǒng)制備金屬-有機(jī)骨架甚至納米級(jí)的金屬-有機(jī)骨架材料的方法，但是使用這些傳統(tǒng)方法來制備納米尺度的金屬有機(jī)骨架材料的晶體，其需要較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間，以及很慢的結(jié)晶速率和較低的結(jié)晶率。為了更加簡(jiǎn)單、快捷、高效率的制備出納米尺度的MOFs晶體，人

3、們不斷的開發(fā)出新的制備方法，目前常用的方法有超聲合成法和微波法等，著兩種方法不僅可以快速高效的制備我們所需的納米尺度的MOFs材料，而且可以通過改變反應(yīng)的條件來達(dá)到改變晶體形貌和尺寸的目的，著為以后制備出可控尺寸和形貌以及其他結(jié)構(gòu)的MOFs材料奠定了基礎(chǔ)。
　　本論文主要介紹了以膨脹石墨(Expanded Graphite，簡(jiǎn)稱EG)和MOFs材料本身作為模板，輔助水熱合成法快速制備了納米級(jí)的、大小均勻的MOFs材料，具有簡(jiǎn)便和環(huán)

4、境友好等特點(diǎn)。并且進(jìn)一步制備了基于MOFs的磁性復(fù)合材料，并研究了該材料在有機(jī)染料吸附方面的應(yīng)用。本論文研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.與MOFs材料傳統(tǒng)的合成方法相比，我們以EG為模板，輔助水熱法設(shè)計(jì)合成MIL-101(Cr)晶體材料，可以大大縮短反應(yīng)時(shí)間。在材料的表征方面我們應(yīng)用了X射線粉末衍射儀、比表面及孔隙分析儀、掃描電子顯微鏡以及投射電子顯微鏡等分析設(shè)備，分別對(duì)這種方法所制備的MIL-101(Cr)晶體材料的晶形結(jié)構(gòu)、比表面積、

5、孔隙結(jié)構(gòu)以及其外觀形貌等重要參數(shù)進(jìn)行分析表征，研究模板導(dǎo)向劑EG的添加量對(duì)MIL-101(Cr)形貌結(jié)構(gòu)、孔隙性質(zhì)和比表面積等性質(zhì)的影響，經(jīng)過多組的對(duì)比試驗(yàn)，最終總結(jié)出制備MIL-101(Cr)材料所需的最佳合成條件。這種模板合成法由于EG的加入，可以加快晶核生成速度，使MIL-101(Cr)能夠快速生長(zhǎng)成八面體形狀，從而得以快速制備。
　　2.EG作為模板的模板法雖可以大大縮短反應(yīng)時(shí)間，但是制備出的MIL-101(Cr)晶體清洗

6、結(jié)束后依然殘留極少量的EG晶體，而模板法的主要反應(yīng)機(jī)理就是加速晶體的生成速率，以這種反應(yīng)機(jī)理為出發(fā)點(diǎn)，為了快速制備出更加純凈的MIL-101(Cr)，我們直接加入MIL-101(Cr)晶體作為晶種，輔助水熱法設(shè)計(jì)合成MIL-101(Cr)晶體材料，同樣可以大大縮短反應(yīng)時(shí)間。我們應(yīng)用X射線粉末衍射儀(PXRD)表征材料的晶形結(jié)構(gòu)，用比表面及孔隙分析儀(BET)來表征所制備材料的孔隙特征，用掃描電子顯微鏡(SEM)來表征其外觀形貌特征等，并

7、通過多組的對(duì)比試驗(yàn)來研究MIL-101(Cr)作為晶種的添加量對(duì)所制備的MIL-101(Cr)晶體結(jié)構(gòu)和孔性質(zhì)等性能的影響，并總結(jié)出此方法制備MIL-101(Cr)材料所需的最優(yōu)工藝條件。
　　3.MIL-101(Cr)作為種具有高比表面積的MOF材料，對(duì)有機(jī)污染物具有很強(qiáng)的吸附性能，但是很難對(duì)其進(jìn)行分離。本文中我們利用殼聚糖包覆納米Fe3O4和MIL-101(Cr)成功制備出一種磁性納米復(fù)合材料，我們命名為CS/Fe3O4/MI