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不同MOFs材料对不同气体吸附的研究综述(2)

来源:学术堂 作者:周老师
发布于:2015-08-17 共6486字


    还有典型的 ZIFs 材料 ZIF-8[26]( 见图 3) ,这种材料具有与类方钠石相近的拓扑结构,是用金属 Zn 合成的 2-甲基咪唑盐,Langmuir 比表面为 1 810 m2/ g,BET 比表面积为 1 630 m2/ g,在 300 K 和36 atm 下,对 CH4的吸附量为 7 wt%,ZIF-8 被广泛地应用于烷烃的分离,但其对烷烃气体的吸附能力与MOF-5 相比,仍不如后者强。 进一步研制得的 ZIF-68 和 ZIF-70,在 300 K 和 36 atm 时它们对 CH4的吸附量分别可达 7. 3 wt% 和 9. 2 wt%. HKUST-1[27]在 298 K,35 bar 条件下对 CH4的吸附量为 20. 3 wt%( 见表 3) .

  从科研工作者们的各项研究成果可以看出,金属有机骨架材料在对气体吸附的应用研究方面,已取得非同小可的成绩,并且正在不断地大力深入延伸扩展。 随着由不同的金属中心和有机配体组合的 MOFs 被不断合成出来,性能方面不断地改进,MOFs 在气体吸附领域的应用也将不断发展和完善。 尽管已有大量具有气体吸附性能的 MOFs 被合成出来,但在实际应用中仍存在局限性,合成具有高选择性和高热稳定性的 MOFs 是我们今后进一步深入探索的方向。

  3 对污水的净化作用

  MOFs 材料不仅在气体吸附方面显示出良好的性能,在净化污水方面也显示了潜在的应用价值。 迄今为止,已有大量 MOFs 被合成应用于去除污水中的有害物质,产生这种吸附作用的机理有多种: 如静电作用,酸平衡作用,氢键,π-π 堆积,疏水作用等。 有时,对于特定的吸附过程,各种作用机理可能交互发生。

  Tong[29]等人发现了比表面积为 1 170 m2/ g,孔体积为 0. 76 cm3/ g 的 MIL-100( Fe) ,对甲基橙( MO)有很好的吸附效果,吸附量可达 1 045 mg/g. MIL-100( Fe) 对亚甲基蓝( MB) 的吸附量达到 654 mg/g. 这两个吸附过程是静电作用的结果; MIL-101-Cr 对污水中双酚 A 的吸附过程属于氢键和 π-π 堆积的交互作用,吸附量为 156 mg/g. ZIF-8[30]对污水中邻苯二甲酸的吸附由静电作用和酸平衡作用同时完成,实际吸附量可达 654 mg/g.

  此外,Cychosz[31]等人发现 MOF 材料对废水中药物处理具有良好的效果,经活化处理后的 MIL-100能在纯水中稳定存在数月。 由此,科研工作者向含有呋喃苯氨酸和柳氮磺胺吡啶的废水中加入 MIL-100,发现 MIL-100 对两种药物的吸附量很高,分别达到 11. 8 mg/g 和 6. 2mg/g,并且在废水中表现出良好的稳定性,而 Na( Y) 型沸石则对这两种药物都没有表现出良好的吸收效果。 此外,将 MOFs 材料投入在其它药物中后,也能够显示出一定的吸附效果。 Sun[32]等合成的 MOFs 材料,是一种具有三维手性微孔结构的有机骨架材料,对抗癌药物 5-氟尿嘧啶表现出一定的吸附效果,吸附量达到 500 mg/g. Ferey[33]等发现MIL-101 在药物布洛芬上也具有吸附效果,释放量可达 1 400 mg / g. 因此,我们可以证明,若 MOFs 材料具有合适的孔道结构和水稳定性,在废水中脱除药物方面也会表现出良好的潜能。

  4 结语

  就目前来看,金属有机骨架材料的研究已受到广泛关注,随着结构测定技术的不断发展,MOFs 在化学工业领域的应用已显示出潜在价值,并且已拓展到其它领域。 然而,通过简单的设计合成方法并不能轻而易举地得到精确的 MOFs,反应的温度,浓度,pH 对 MOFs 的合成有重要影响,对 MOFs 的结构组成起决定性作用,其合成条件还需经过大量实验的摸索。 目前,大多数 MOFs 的合成采用溶剂热法,并且得到了较为理想的 MOFs 材料,若在合成 MOFs 时尝试一些新方法,想必会得到更为精确的 MOFs,那么,其吸附性能也会大大提高,应用前景将会更加广阔。 值得注意的是,在设计合成新的 MOFs 时,首先需要充分了解MOFs 材料与被吸附气体间特定的作用机理,以便更加深刻地了解影响 MOFs 材料气体吸附量有哪些内在因素,通过认知并提出解决方案,为进一步开发高性能的储存材料提供理论基础。 总之,MOFs 以其具有大比表面积,高孔隙率,可裁剪孔道结构,化学可修饰等特性,科研工作者们对它的研究已经深入到各个领域,如今,MOFs 已由一种新物质逐渐过渡为一种新型材料,其优越的性能在今后仍显示出潜在的应用价值和广阔的应用前景。

  参 考 文 献

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