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金属有机框架材料及多孔炭材料的气体吸附分离性能研究

作　者: 李佳洁
导　师: 焦庆祝
学　校: 辽宁师范大学
专　业: 无机化学
关键词: 金属有机框架材料多孔炭热容吸附二氧化碳
分类号: TQ424
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

金属有机框架材料和多孔炭材料由于组分与结构可调,被证明是一类优良的二氧化碳吸附材料。本论文通过改善制备条件,优化材料气体吸附分离性能。我们采用温和条件合成了两种氨基修饰的金属有机框架材料[Co(AIP)(BPY)0.5H2O]n·2nH2O (1)和[Ni(AIP)(BPY)0.5H2O]n·2nH2O (2),并研究了这两种材料的吸附分离性能。结果表明,材料1和材料2对C02均有较高的吸附量、吸附热,并且有很高的选择吸附性。在273K和1atm下,材料1二氧化碳的吸附量达到了63.60cm3g-1,氮气、甲烷的吸附量只有3.38cm3g-1和17.33cm3g-1, CO2/N2, CO2/CH4的选择性系数分别为117,20。相同条件下,材料2二氧化碳和氮气的吸附量分别为67.24cm3g-1和2.45cm3g-1, CO2/N2的选择性系数为280。研究了材料1对水的传感性能,通过原位石英晶体微天平测试其对水有很好的响应灵敏度和可逆性,因而可用于环境中湿度的检测。此外,采用调制差式扫描量热法获得了这两种材料的热容,计算其相对于298.15K的熵和焓等热力学数据。最后,采用氢氧化钾做活化剂,聚吡咯纳米粒子做炭前驱体,利用高温化学活化法制备氮掺杂的炭材料。改变前驱体性能,使聚合物为直径较小的纳米粒子,通过增大前驱体比表面积及表面含氮密度,来增大多孔炭材料的比表面积和表面含氮密度,从而增加C02吸附量。在273K和1atm下,多孔炭材料对二氧化碳的吸附量为182.36cm3g1,C02/N2的选择性系数为47：1。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
引言  10-18
  1.1 吸附剂的种类  11-12
    1.1.1 介孔硅分子筛  11
    1.1.2 沸石  11
    1.1.3 活性炭  11-12
    1.1.4 金属有机框架材料  12
  1.2 金属有机框架材料吸附二氧化碳的研究概况  12-14
  1.3 多孔炭吸附二氧化碳的研究概况  14-17
  1.4 本课题的研究意义及主要研究内容  17-18
    1.4.1 本课题的研究意义  17
    1.4.2 本课题的主要研究内容  17-18
2 实验仪器、实验药品及表征方法  18-23
  2.1 实验仪器  18
  2.2 实验药品  18-19
  2.3 表征方法  19-23
    2.3.1 粉末X射线衍射(PXRD)  19
    2.3.2 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)  19-20
    2.3.3 热重分析(TGA)  20
    2.3.4 热容分析-调制式差式扫描量热法(TMDSC)  20-21
    2.3.5 热重分析(TGA)  21
    2.3.6 气体吸附性能测试  21-22
    2.3.7 扫描电镜分析(SEM)  22-23
3 金属有机框架材料[Co(AIP)(BPY)_(0.5)H_2O]_n·2nH_2O(1)的气体吸附分离性能研究  23-36
  3.1 引言  23
  3.2 材料制备  23-24
  3.3 结构与热分析  24-26
    3.3.1 粉末X射线衍射分析  24
    3.3.2 FT-IR谱图  24-25
    3.3.3 SEM图  25
    3.3.4 热稳定性分析  25-26
  3.4 热力学函数  26-28
  3.5 水传感性能  28-30
  3.6 气体的吸附性能  30-35
    3.6.1 氮气吸附  30
    3.6.2 二氧化碳吸附  30-33
    3.6.3 氢气吸附  33
    3.6.4 选择性气体吸附  33-35
  3.7 本章小结  35-36
4 金属有机框架材料[Ni(AIP)(BPY)_(0.5)H_2O]_n·2nH_2O(2)的气体吸附分离性能研究  36-47
  4.1 引言  36
  4.2 材料制备  36-37
  4.3 结构与热分析  37-39
    4.3.1 粉末X射线衍射分析  37
    4.3.2 FT-IR谱图  37-38
    4.3.3 SEM图  38-39
    4.3.4 热稳定性分析  39
  4.4 热力学函数  39-41
  4.5 气体的吸附性能  41-46
    4.5.1 氮气吸附  41-42
    4.5.2 二氧化碳吸附  42-44
    4.5.3 氢气吸附  44-45
    4.5.4 选择性气体吸附  45-46
  4.6 本章小结  46-47
5 基于聚吡咯合成的含氮多孔炭材料气体吸附分离性能研究  47-55
  5.1 引言  47
  5.2 材料制备  47-48
    5.2.1 聚卩比略的制备  47-48
    5.2.2 多孔炭的制备  48
  5.3 结构分析  48-51
    5.3.1 粉末X射线衍射分析  48-49
    5.3.2 FT-IR谱图  49-50
    5.3.3 SEM图  50-51
  5.4 气体的吸附性能  51-54
    5.4.1 氮气吸附  51-52
    5.4.2 二氧化碳吸附  52-53
    5.4.3 选择性气体吸附  53-54
  5.5 本章小结  54-55
6 结论及展望  55-56
参考文献  56-62
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  62-63
致谢  63

金属有机框架材料及多孔炭材料的气体吸附分离性能研究

内容摘要

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