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        金屬有機(jī)骨架材料HKUST-1的制備及其甲烷吸附性能

        2017-08-15 03:38:32馬蕊英王海洋孫兆松
        石油化工 2017年7期
        關(guān)鍵詞:骨架甲烷孔徑

        張 英,馬蕊英,趙 亮,王海洋,孫兆松

        (中國石化 撫順石油化工研究院,遼寧 撫順 113001)

        金屬有機(jī)骨架材料HKUST-1的制備及其甲烷吸附性能

        張 英,馬蕊英,趙 亮,王海洋,孫兆松

        (中國石化 撫順石油化工研究院,遼寧 撫順 113001)

        采用溶劑熱法合成了HKUST-1,通過XRD、SEM和TG考察了HKUST-1的結(jié)構(gòu)特征,對HKUST-1試樣進(jìn)行連續(xù)6次的甲烷吸附實驗,研究了吸附前后HKUST-1的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)。實驗結(jié)果表明,采用溶劑熱法制備的HKUST-1具有很高的結(jié)晶度,且其骨架結(jié)構(gòu)可穩(wěn)定至310 ℃;連續(xù)吸附甲烷后HKUST-1的比表面積、孔體積和甲烷吸附量都逐漸降低,而平均孔徑持續(xù)增大;連續(xù)6次吸附甲烷后,HKUST-1比表面積和孔體積分別從1 640 m2/g和0.69 cm3/g降至789 m2/g和0.40 cm3/g,在3.5 MPa、298 K下甲烷吸附量從220 cm3/g減少到177 cm3/g。

        HKUST-1;吸附;甲烷;孔結(jié)構(gòu)

        甲烷是天然氣的主要成分,清潔環(huán)保、儲量豐富,被認(rèn)為是最有潛力代替汽油的燃料[1]。天然氣汽車具有綠色環(huán)保、運(yùn)輸成本低、安全性能好且壽命長等優(yōu)點[2],在中國已超過400萬輛,發(fā)展迅猛。目前,天然氣汽車中的甲烷通常壓縮存儲在約25 MPa、室溫下的儲氣瓶中,甲烷加氣站的建造、操作及維護(hù)投資較大,高壓儲氣瓶的生產(chǎn)工藝復(fù)雜、消耗成本高[3]。因此,科研人員試圖找出一種合適的多孔材料用于存儲甲烷,以期實現(xiàn)甲烷在低壓、常溫下的安全高效存儲。

        目前,性能較好的甲烷吸附材料主要有多孔碳材料、分子篩及金屬有機(jī)框架材料,其中,具有較強(qiáng)氣體吸附能力的金屬有機(jī)骨架材料備受科研人員的青睞[4-5]。金屬有機(jī)骨架材料具有比表面積大、孔道結(jié)構(gòu)均勻、孔道尺寸可調(diào)及表面化學(xué)性質(zhì)可修飾等特點,因而在吸附存儲領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用價值[6-8]。HKUST-1是金屬有機(jī)骨架材料中標(biāo)志性的化合物,也是迄今為止報道的甲烷體積吸附量最高的金屬有機(jī)骨架材料。其次,HKUST-1的配體均苯三甲酸是常見市售試劑,且HKUST-1的后處理過程簡單,具有一定的工業(yè)化應(yīng)用前景。

        本工作采用溶劑熱法制備了金屬有機(jī)骨架材料HKUST-1,對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,并將其用于甲烷吸附實驗,考察了多次重復(fù)吸附-脫附甲烷對HKUST-1孔結(jié)構(gòu)的影響。

        1 實驗部分

        1.1 主要試劑

        Cu(NO3)2·3H2O:純度99.0%,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;1,3,5-苯三甲酸:純度98%,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;N,N-二甲基甲酰胺(DMF):純度大于等于99.5%,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;乙醇:純度大于等于99.7%,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

        1.2 HKUST-1的制備

        按照前期研究結(jié)果[9],將一定量的Cu(NO3)2· 3H2O和1,3,5-均苯三甲酸溶解于DMF中,恒溫攪拌30 min后,將溶液轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯反應(yīng)釜中。將反應(yīng)釜放入電熱鼓風(fēng)恒溫烘箱中,在75 ℃下反應(yīng)24 h。反應(yīng)結(jié)束后,將產(chǎn)物過濾收集,用去離子水洗滌后再用乙醇洗滌,以3 ℃/min的速率從室溫升至100 ℃,恒溫6 h,再以5 ℃/min的速率升至200 ℃,恒溫6 h,得到金屬有機(jī)骨架材料HKUST-1。

        1.3 分析測試

        采用Rigaku公司D/max-2500型X射線衍射儀進(jìn)行XRD表征,Cu Kα射線,0.154 18 nm,管電壓50 kV,管電流200 mA,掃描速率2.5(°)/min。

        采用JEOL公司SEM 7500F型冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察試樣的微觀形貌和孔結(jié)構(gòu)。

        采用Rigaku公司TAS-300型同步熱分析儀進(jìn)行TG分析。將50 mg試樣放入鋁坩鍋中,并使用空的鋁坩堝作為參比,在氬氣氣氛下程序升溫至特定的溫度,升溫速率為10 ℃/min。

        采用麥克公司HPVA-100型高壓氣體吸附儀測試試樣的甲烷吸附性能,測試前試樣在裝置中于200 ℃下脫氣12 h。

        采用麥克公司ASAP 2020型比表面儀進(jìn)行N2吸附-脫附表征,在200 ℃下抽真空脫氣12 h,稱重后將其轉(zhuǎn)移到分析站,在77 K下進(jìn)行N2吸附-脫附等溫線測定;由BET法計算試樣的比表面積,由BJH法計算試樣的孔徑分布。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 XRD表征結(jié)果

        HKUST-1的XRD譜圖見圖1。從圖1可看出,合成的試樣出現(xiàn)了HKUST-1晶體的所有衍射峰,且沒有其他雜峰出現(xiàn),這與文獻(xiàn)報道結(jié)果基本一致[10]。此外,XRD譜圖在2θ = 6.7°,9.5°,11.6°,13.4°,17.5°,19.0°處均出現(xiàn)了明顯的特征衍射峰,且峰形尖銳、峰強(qiáng)度高,說明合成的HKUST-1試樣具有很高的結(jié)晶度。

        圖1 HKUST-1的XRD譜圖Fig.1 XRD spectrum of HKUST-1.

        2.2 SEM表征結(jié)果

        HKUST-1的SEM照片見圖2。

        圖2 HKUST-1的SEM照片F(xiàn)ig.2 SEM images of HKUST-1.

        從圖2可看出,合成的HKUST-1呈現(xiàn)規(guī)則的八面體結(jié)構(gòu),且形貌非常完整,這與XRD譜圖表征的高結(jié)晶度相對應(yīng);此外,HKUST-1晶體表面光滑且表面清潔度很高。這說明表面附著的有機(jī)溶劑分子和雜質(zhì)得到有效去除。

        2.3 TG分析結(jié)果

        HKUST-1的TG曲線見圖3。從圖3可看出,HKUST-1存在兩處明顯的失重區(qū)間,在40~120 ℃范圍內(nèi)主要是由于表面吸附水的脫除而導(dǎo)致失重;在120~310 ℃之間試樣質(zhì)量幾乎沒有變化,這表明孔道內(nèi)的溶劑分子和雜質(zhì)在后處理過程中得到了徹底清除;在310 ℃之后,試樣的質(zhì)量迅速減少,HKUST-1骨架結(jié)構(gòu)開始坍塌,溫度達(dá)到600 ℃時,分解基本完成,最終得到分解產(chǎn)物CuO。這與文獻(xiàn)[11]報道的HKUST-1的TG分析結(jié)果基本一致。

        圖3 HKUST-1的TG曲線Fig.3 TG curves of HKUST-1.

        2.4 連續(xù)重復(fù)吸附甲烷實驗

        25 ℃下,對HKUST-1進(jìn)行6次連續(xù)重復(fù)吸附-脫附甲烷實驗,具體步驟為:1)測試前試樣在裝置中于200 ℃下脫氣12 h,然后降溫至25 ℃;2)對試樣進(jìn)行程序升壓(0.1,0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,3.5 MPa)等溫吸附實驗,測得第一次甲烷吸附等溫線;3)在25 ℃下,將試樣脫氣到0.1 MPa;4)重復(fù)步驟2)和3)5次,即測得連續(xù)6次甲烷吸附等溫線,如圖4所示。由圖4可看出,HKUST-1在第1次吸附甲烷時,吸附量最大,在3.5 MPa時達(dá)到220 cm3/g;重復(fù)吸附甲烷2~5次時,甲烷吸附量較第1次吸附時明顯下降,但差別不大,甲烷吸附量在3.5 MPa時約為193 cm3/g;在第6次連續(xù)吸附時,甲烷吸附量明顯下降,可能是因為內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,對甲烷吸附造成影響。

        圖4 HKUST-1的連續(xù)6次甲烷吸附等溫線Fig.4 Six consecutive CH4 sorption isotherms of HKUST-1.

        2.5 N2吸附-脫附表征結(jié)果

        HKUST-1吸附甲烷前后的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。從表1可知,在連續(xù)吸附甲烷后,HKUST-1的比表面積、孔體積均大幅下降,而孔徑持續(xù)變大;連續(xù)2次吸附甲烷后,比表面積和孔體積分別從1 640 m2/g和0.69 cm3/g降至1 128 m2/g和0.52 cm3/g,孔徑從1.1 nm增至1.4 nm;連續(xù)6次吸附甲烷后,比表面積和孔體積分別減少了約50%,孔徑增大到1.5 nm。可能的原因是HKUST-1是由二核銅四羧酸基單元組成的面心立方晶體(Fm-3m),具有四重對稱納米孔的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),內(nèi)含直徑為0.9 nm的方型孔道口和直徑為1.86 nm的六方孔洞[2],因而它可能存在三種吸附位:暴露的金屬Cu2+、方形孔和六方孔。低壓時,甲烷首先吸附在金屬Cu2+位和四方孔洞中,Cu2+與甲烷分子的結(jié)合能較大,形成化學(xué)吸附,因而不容易脫附,導(dǎo)致第2次吸附時甲烷吸附量降低,比表面積和孔體積大幅下降;方形孔中氧原子可能與吸附的部分甲烷分子形成弱相互作用,導(dǎo)致第6次吸附時甲烷吸附量較第2~5次吸附時降低,比表面積和孔體積進(jìn)一步下降,平均孔徑增大;壓力進(jìn)一步增加時,甲烷分子填充到較大的六方孔中,這部分甲烷分子易被脫除[3,13]。

        表1 HKUST-1吸附甲烷前后的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)Table1 Pore structure parameters of HKUST-1 before and after CH4 sorption

        3 結(jié)論

        1)采用溶劑熱法制備的HKUST-1為八面體結(jié)構(gòu),具有很高的結(jié)晶度,晶體表面和孔道中的溶劑分子和雜質(zhì)幾乎被完全脫除,且骨架結(jié)構(gòu)可穩(wěn)定至310 ℃。

        2)HKUST-1進(jìn)行連續(xù)吸附甲烷后,HKUST-1的比表面積、孔體積和甲烷吸附量都逐次降低,而平均孔徑持續(xù)變大;連續(xù)2次吸附甲烷后,比表面積和孔體積分別從1 640 m2/g和0.69 cm3/g降至1 128 m2/g和0.52 cm3/g,甲烷吸附量(3.5 MPa、298 K)由220 cm3/g減少到193 cm3/g左右;連續(xù)6次吸附甲烷后,比表面積和孔體積分別降至789 m2/g和0.40 cm3/g,甲烷吸附量減少到177 cm3/g。

        [1] He Y,Zhou W,Qian G,et al. Methane storage in metalorganic frameworks[J].Chem Soc Rev,2014,43(16):5657-5678.

        [2] 楊山順,唐孟江.天然氣汽車現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢簡析[J].城市燃?xì)猓?011(8):39-41.

        [3] Mason J A,Veenstra M,Long J R. Evaluating metal-organic frameworks for natural gas storage[J].Chem Sci,2014,5:32-51.

        [4] Furukawa H,Cordova K E,O’Keeffe M,et al. The chemistry and applications of metal-organic frameworks[J].Science,2013,341(6149):1230444.

        [5] Lee J S,Jhung S H,Yoon J W,et al. Adsorption of methane on porous metal carboxylates[J].J Ind Eng Chem,2009,15(5):674-676.

        [6] Jiang D M,Mallat T,Krumeich F,et al.Polymer-assisted synthesis of nanocrystalline copper-based metal-organic framework for amine oxidation[J].Catal Commun,2011,12:602-605.

        [7] Xiang Zhonghua,Peng Xuan,Cheng Xuan,et al.CNT@Cu3(BTC)2and metal-organic frameworks for separation of CO2/ CH4 mixture[J].J Phys Chem C,2011,115(40):19864-19871.

        [8] Wilmer C E,Leaf M,Lee C Y,et al. Large-scale screening of hypothetical metal organic frameworks[J].Nat Chem,2012,4(2):83-89.

        [9] 宋佳,王剛,趙亮,等.程序升溫處理對HKUST-1吸附甲烷性能的影響[J].石油化工,2015,44(5):586-589.

        [10] Na Liyan,Hua Ruinian,Ning Guiling,et al. Nano/Micro HKUST-1 fabricated by coordination modulation method at room temperature[J].Chem Res Chin Univ,2012,28(4):555-558.

        [11] Lin K S,Adhikari A K,Ku C N,et al. Synthesis and characterization of porous HKUST-1 metal organic frameworks for hydrogen storage[J].Int J Hydrogen Energy,2012,37(18):13865-13871.

        [12] Chui S S Y,Lo S M F,Charmant J P H,et al. A chemically functionalizable nanoporous material[Cu3(TMA)2(H2O)3]n[J].Science,1999,283(8):1148-1150.

        [13] Juergen G,Irena S,Dirk W,et al. Methane storage mechanism in the metal-organic framework Cu3(btc)2:An in situ neutron diffraction study[J].Microporous Mesoporous Mater,2010,136(1):50-58.

        (編輯 王 萍)

        Synthesis and methane adsorption performance of metal organic framework HKUST-1

        Zhang Ying,Ma Ruiying,Zhao Liang,Wang Haiyang,Sun Zhaosong
        (Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals,F(xiàn)ushun Liaoning 113001,China)

        Metal organic framework HKUST-1 was prepared by solvent thermal method. The structural properties of HKUST-1 were characterized by XRD,SEM and TG,then six consecutive repeated adsorption isotherms with CH4on HKUST-1 were tested on the same sample,and the pore structure parameters of HKUST-1 before and after CH4adsorption were also studied. The results inicate that HKUST-1 has high degree of crystallinity and its crystal structure is stable up to 310 ℃. They also show a stepwise deterioration of the HKUST-1 after successive CH4adsorption,the specific surface area and pore volume are reduced from 1 640 m2/g and 0.69 cm3/g to 789 m2/g and 0.40 cm3/g,respectively. CH4adsorption capacities are decreased from 220 cm3/g to 177 cm3/g at 3.5 MPa and 298 K.

        HKUST-1;adsorption;methane;pore structure

        1000-8144(2017)07-0884-04

        TQ 424.3

        A

        10.3969/j.issn.1000-8144.2017.07.009

        2017-02-12;[修改稿日期]2017-05-11。

        張英(1969—),女,河北省唐山市人,大學(xué),高級工程師,電話 024-56389888,電郵 zhangying.fshy@sinopec.com。聯(lián)系人:馬蕊英,電話 024-56389580,電郵 maruiying.fshy@sinopec.com。

        中國石油化工股份有限公司資助項目(JN1407)。

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