沸石咪唑酯骨架材料的合成與性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)是一類具有沸石拓撲結(jié)構(gòu)的新型金屬有機骨架材料(MOFs)。ZIFs材料結(jié)合了沸石及MOFs這兩種材料的優(yōu)點:高的穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)和功能的可調(diào)性。因此,ZIFs材料不僅在多孔材料應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出誘人的前景,并將在更廣泛的領(lǐng)域中發(fā)揮重要的作用。目前,國內(nèi)外很多研究小組致力于新型拓撲結(jié)構(gòu)ZIFs材料的合成以及其在氣體吸附分離中的應(yīng)用研究。
   本論文致力于ZIFs材料的合成規(guī)律研究及性能開發(fā)。一方面,在合成

2、過程中,考察了溶劑、金屬鹽和咪唑衍生物的選擇以及溫度和時間的變化對ZIFs材料合成的影響,總結(jié)出一些規(guī)律,為指導(dǎo)定向合成提供一定的實驗依據(jù)。另一方面,根據(jù)ZIFs材料的特點,探索了其固體潤滑性能以及液相吸附性能。主要研究內(nèi)容和結(jié)論包括:
   1.以水代替有機溶劑成功合成了開放骨架的ZIFs材料。采用蒸氣相法,使固體(醋酸鋅/鈷和2-甲基咪唑)-液體(H2O)分離,固體混合物在水蒸氣輔助條件下轉(zhuǎn)化生成了具有開孔方鈉石拓撲結(jié)構(gòu)的Z

3、IF-8和ZIF-67。而采用傳統(tǒng)水熱合成,醋酸鋅/鈷和2-甲基咪唑都溶于水,產(chǎn)物是具有致密金剛石拓撲結(jié)構(gòu)的dia(Zn)和dia(Co)。進一步根據(jù)ZIFs材料力學(xué)性能以及親油性的特點,對ZIF-8和ZIF-67作為固體潤滑添加劑的摩擦性能進行了研究。結(jié)果顯示:添加1.0wt%的ZIF-8和ZIF-67使基礎(chǔ)油的承載能力PB值均提高16.8%,磨斑直徑由原來的0.58mm分別減小到0.32和0.30mm。
   2.采用蒸氣相

4、法系統(tǒng)考察了不同鋅源以及外部條件溫度和時間對ZIF-8合成的影響。實驗結(jié)果表明,醋酸鋅比硝酸鋅的堿性強,容易脫去配體2-甲基咪唑的質(zhì)子,更利于ZIF-8的生成。采用超高磁場67Zn核磁共振技術(shù)(21.1T/900 MHz)跟蹤檢測了ZIF-8的晶化過程,發(fā)現(xiàn)在ZIF-8晶體出現(xiàn)之前存在中間過渡相以及初級聚集態(tài)結(jié)構(gòu)單元。進一步采用67Zn核磁共振表征了包藏不同種類客體分子的ZIF-8,根據(jù)信號峰形的特點,推測出客體分子H2O在ZIF-8骨

5、架中隨機分布,客體有機分子則對稱分布。
   3.利用ZIFs材料所表現(xiàn)出的憎水性能和高的化學(xué)穩(wěn)定性能,考察了ZIF-8(Zn)和ZIF-67(Co)對水中陰離子染料AB40的吸附脫色性能。ZIF-67對AB40的平衡吸附量大約是ZIF-8的3倍,并推測ZIFs材料外表面存在的金屬正電荷位點Zn和Co與染料分子-SO3-親和力的強弱是造成兩者吸附量差異的原因。
   4.研究了咪唑配體引入基團取代位置(2位,4位,4,5

6、位和2,4位)對ZIFs材料合成的影響。結(jié)果顯示:使用2-咪唑甲醛(2位)得到兩個物相:ZIF-90和高結(jié)晶度的未知相,使用4-咪唑甲醛(4位)只獲得低結(jié)晶度的物相;使用5-甲基咪唑-4-甲醛(4,5位)得到ZIF-93和SIM-1,使用2-甲基咪唑-4-甲醛(2,4位)只得到無定形物質(zhì)。由此得出結(jié)論:使用對稱取代(2位以及4,5位)的咪唑衍生物易合成ZIFs材料;不對稱取代(4位以及2,4位)破壞咪唑環(huán)共軛N的平衡,導(dǎo)致不易與金屬配位

7、,不利于ZIFs材料的合成。
   5.采用雙配體5,6-二甲基苯并咪唑(dmbIm)與咪唑(Im)/2-甲基咪唑(mIm)/2-乙基咪唑(eIm),合成了三個具有GIS拓撲結(jié)構(gòu)的ZIFs材料:GIS-1[Zn(Im)0.73(dmbIm)1.27],GIS-2[Zn(mIm)0.64(dmbIm)1.36]和GIS-3[Zn(eIm)0.65(dmbIm)1.35]。通過溶劑調(diào)控,在甲醇-氨水混合溶劑中獲得了規(guī)整的形貌。GIS

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