亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        MOFs材料對(duì)CO2的吸附分離研究進(jìn)展

        2020-04-17 13:47:02李玉玲趙雅雯王承祥
        中州大學(xué)學(xué)報(bào) 2020年1期

        李玉玲,趙雅雯,王承祥

        (鄭州工程技術(shù)學(xué)院 化工食品學(xué)院,河南 鄭州 450044)

        近年來,過量的化石燃料燃燒和樹木的砍伐導(dǎo)致大氣中CO2濃度急劇增加,全球平均溫度升高,引發(fā)冰川融化,旱澇頻發(fā)等一系列生態(tài)環(huán)境問題。由于禁止CO2過量排放在短時(shí)間內(nèi)是無法完成的,所以人們采用多種方法對(duì)CO2進(jìn)行吸附分離和催化轉(zhuǎn)化[1]。目前用于降低CO2濃度的方法有開發(fā)可循環(huán)的新能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石能源和以CO2為起始原料將其轉(zhuǎn)化為有用的化工產(chǎn)品兩種方法。后者較典型的方法包括低溫蒸餾法,電化學(xué)吸附法,化學(xué)吸附法,物理吸附法,以及膜分離法等[2]。在這些方法中,物理方法能耗小但效率低,化學(xué)方法高效但在吸收解吸的過程中能耗較高,大量使用吸收劑,損耗嚴(yán)重,且會(huì)產(chǎn)生二次污染[3]。因此開發(fā)新的可循環(huán)吸附材料對(duì)CO2進(jìn)行吸附和分離是亟待解決的問題。

        金屬-有機(jī)骨架材料(MOFs),又稱多孔配位聚合物,是由無機(jī)金屬中心(金屬離子或金屬簇)和有機(jī)配體自組裝形成的具有三維周期性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料[4]。其結(jié)構(gòu)多樣,易于設(shè)計(jì),具有較高的孔隙率和比表面積,金屬位點(diǎn)開放,具有化學(xué)可修飾性,在氣體分離和儲(chǔ)存、藥物傳遞、多相催化、傳感、儲(chǔ)能等方面[5-12]的應(yīng)用非常廣泛。除了上述優(yōu)點(diǎn)之外,MOFs材料所具有的規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)對(duì)客體分子的擴(kuò)散十分有利,所以對(duì)氣體的吸附分離和儲(chǔ)存是MOFs材料最早被提出時(shí)的最主要應(yīng)用方向,發(fā)展前景十分廣闊。用MOFs材料對(duì)CO2進(jìn)行捕集、利用、封存的技術(shù)(CCUS),不僅可以高效降低CO2的濃度,而且可以將其轉(zhuǎn)化為具有商業(yè)價(jià)值的化合物,帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。

        本文簡(jiǎn)要綜述了近年來MOFs材料對(duì)CO2的吸附分離性能方面的研究進(jìn)展,重點(diǎn)綜述的是構(gòu)成MOFs材料的金屬和有機(jī)配體的修飾,對(duì)CO2的吸附分離性能的影響。

        1 MOFs材料的修飾方法

        對(duì)MOFs材料進(jìn)行修飾的方法主要分為對(duì)金屬位點(diǎn)和有機(jī)配體進(jìn)行修飾。

        對(duì)金屬位點(diǎn)進(jìn)行修飾所依據(jù)的原理是:一般情況下MOFs材料中金屬原子的配位模式處于飽和狀態(tài),金屬原子配位客體分子,因空間原因或者人為干擾將這些客體分子活化去除后,會(huì)產(chǎn)生開放金屬位點(diǎn)或者不飽和金屬位點(diǎn),這些金屬位點(diǎn)可以提高材料整體對(duì)氣體的吸附分離能力。不穩(wěn)定的金屬位點(diǎn)因金屬自身的原因,通常情況下具有一定的路易斯酸性或堿性,根據(jù)酸堿中和原理,與CO2等酸性氣體會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)作用力,進(jìn)而提升MOFs材料的CO2吸附分離性能。

        對(duì)有機(jī)配體進(jìn)行修飾所依據(jù)的原理是:有機(jī)配體主要是以苯環(huán)或氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn),通過直接合成或后合成的方法把官能團(tuán)引入MOFs材料的主體框架中。這里的官能團(tuán)主要包括酸性(如-OH,-SO3H),堿性(如-NH2,-NH,-N),以及其他官能團(tuán)(如-NO2或者具有位阻效應(yīng),手性選擇性的復(fù)雜官能團(tuán)),其中顯堿性的官能團(tuán)對(duì)顯酸性的CO2氣體表現(xiàn)出極好的吸附能力和選擇性,以亞氨基、氨基、芳香族氨基和脲基等效果最為突出。

        1.1 對(duì)金屬位點(diǎn)進(jìn)行修飾

        周振[13]首先通過一系列的反應(yīng)制得有大Π共軛效應(yīng)的H4TCPE。再將H4TCPE,六水合硝酸鎳和L-脯氨酸與N,N’-二甲基甲酰胺/水溶液混合,得到金屬-有機(jī)納米管狀化合物Ni-TCPE1。隨后把L-脯氨酸用量增大兩倍,即可得到三維框架化合物Ni-TCPE2。這兩種化合物具有開放金屬位點(diǎn),CO2與裸露的金屬位點(diǎn)之間的偶極-四極相互作用,為CO2化學(xué)轉(zhuǎn)化提供了合適的活性位點(diǎn)和反應(yīng)的空間。測(cè)定不同溫度下兩種化合物對(duì)CO2的吸附曲線(如圖1),直觀體現(xiàn)出了兩種修飾后化合物良好的CO2吸附性能。

        圖1 Ni-TCPE1(左)和Ni-TCPE2(右)在273K和298K時(shí)CO2的吸附曲線

        劉兵[14]把金屬有機(jī)多面體當(dāng)作超分子構(gòu)筑模塊,采用溶劑熱法,將硝酸銅作為金屬源和H4TADIPA以自組裝的形式合成了兩種含典型MOP-1籠狀結(jié)構(gòu)的PMOFs材料,結(jié)構(gòu)式分別為[Cu6(TADIPA)3(DABCO)(H2O)2(DMF)2]·13H2O·7DMF(1)和[Cu6(TADIPA)3(H2O)6]·16H2O·8DMF(2)。兩種化合物骨架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是完全相同的,但是其配體的扭曲角度不一樣(如圖2),這主要是因?yàn)榛衔?中的兩個(gè)銅之間存在DABCO配位,DABCO的存在使化合物2的骨架密度和孔隙率明顯大于化合物1,故化合物2比化合物1的CO2吸附能力強(qiáng)。

        圖2 化合物1和化合物2的有機(jī)配體扭曲角度示意圖

        張新魯[15]根據(jù)已有文獻(xiàn)合成了具有微孔結(jié)構(gòu)的UTSA-16,并用該物質(zhì)作為母體,用離子交換的方法制備出一系列M-UTSA-16(M:Li,Na,K,Rb,Cs),用PXRD, TGA, ICP, BET等手段對(duì)這些材料的性質(zhì)進(jìn)行表征,結(jié)果顯示:K-UTSA-16(如圖3)對(duì)CO2表現(xiàn)出最大的吸附量,在環(huán)氧化物與CO2生成環(huán)狀碳酸脂的催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)中,Li-UTSA-16顯示出最高的催化滑行和循環(huán)穩(wěn)定性(如圖4)。

        圖3 K-USTA-16的結(jié)構(gòu)圖

        1.2 對(duì)有機(jī)配體進(jìn)行修飾

        高碧軒[16]分別選用吡嗪、聯(lián)吡啶、4,4’-偶氮吡啶、1,2-雙(4-吡啶基)乙烯和N-(4-吡啶基)異煙酰胺五種柱撐配體,利用溶劑擴(kuò)散法制備出五種CPL系列多孔MOF材料,測(cè)定CPLs對(duì)CO2等單組分氣體靜態(tài)吸附性能。結(jié)果顯示,CPLs的孔徑與CO2尺寸相近,因此具有較高的CO2吸附量和吸附分離選擇性(如圖5)。

        圖4 M-UTSA-16與CO2在273K(左)和298K(右)的反應(yīng)吸附熱

        圖5 5種CPL系列多孔MOF材料在-78℃下對(duì)CO2的吸附等溫線

        蘭健文[17]等人利用溶劑熱法制備了兩種具有較高活性的多孔MOFs催化劑(如圖6),并探討了其對(duì)CO2的催化轉(zhuǎn)化作用。一種是以硝酸鎳作為金屬鹽,咪唑和羧酸作為有機(jī)配體合成的Ni-MOF催化劑。通過一系列的表征發(fā)現(xiàn),該Ni-MOF對(duì)CO2表現(xiàn)出良好的吸附性能,吸附量為59.5cm3/g。另一種是以硝酸鋅作為金屬鹽,三聚氰胺(MA)和2-噻吩羧酸(H2tdc)作為配體合成的多孔Zn-MOF催化劑。進(jìn)行一系列表征后發(fā)現(xiàn),該催化劑吸附性能極其優(yōu)異,吸附量可以達(dá)到108.9cm3/g(如圖7)。

        圖6 Ni-MOF(左)和Zn-MOF(右)結(jié)構(gòu)圖

        圖7 Ni-MOF(左)和Zn-MOF(右)對(duì)二氧化碳的吸附曲線

        汪書天[18]等制備出了三種有顯著吸附性能差異的MOFs材料Cu-BTC,MIL-68(In)和Uio-66,其中鋯系MOFs材料Uio-66具有較高的配位數(shù)(如圖8),故其具有良好的二氧化碳吸附作用。之后又對(duì)Uio-66及進(jìn)行配體的氨基改性,通過一系列的實(shí)驗(yàn)表明,加入一定量的乙酸調(diào)節(jié)劑時(shí),改性后的氨基產(chǎn)品尺寸均一,形貌規(guī)整,對(duì)比之前的Uio-66樣品二氧化碳的吸附能力明顯提高,但其熱穩(wěn)定性有所下降。

        圖8 Uio-66中Zr6次級(jí)結(jié)構(gòu)單元(左)與其3D結(jié)構(gòu)圖(右)

        周猷[19]等人利用硝酸鈷和3, 3’, 5, 5’-偶氮苯四甲酸有機(jī)配體以及硝酸銅和H4CDDS有機(jī)配體進(jìn)行反應(yīng),用溶劑熱法合成具有立方晶系的金屬有機(jī)框架材料Co3ABTC和有三種不同孔道結(jié)構(gòu)的金屬有機(jī)框架材料[Cu2(L)(H2O)2]·(DMF)8(H2O)4(ZJU-12)。因Co3ABTC中有三個(gè)形成了次級(jí)結(jié)構(gòu)單元的Co原子,通過羧酸與有機(jī)配體連接構(gòu)成三維多孔結(jié)構(gòu),故該物質(zhì)在活化之后,對(duì)二氧化碳?xì)怏w的分離表現(xiàn)出良好的性能。后一種物質(zhì)相較前一種物質(zhì)具有更大的比表面積,其工作容量相當(dāng)于前一種物質(zhì)的三倍,具有更好的CO2吸附分離能力(如圖9)。

        圖9 Co3ABTC(左)和ZJU-12(右)對(duì)乙炔和二氧化碳的等溫吸附能圖

        2 MOFs材料存在的問題

        MOFs材料的局限性主要體現(xiàn)在其穩(wěn)定性并不理想,穩(wěn)定性主要包括水穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性三種。關(guān)于水穩(wěn)定性,大部分MOFs材料雖不溶于水,但是其在水或者水蒸氣中并不能穩(wěn)定存在,所以不能用于催化含水或水蒸氣的反應(yīng);關(guān)于熱穩(wěn)定性,普通的MOFs材料在500℃以上的高溫下是不能穩(wěn)定存在的,所以不能用于催化較高溫度的反應(yīng);關(guān)于化學(xué)穩(wěn)定性,大部分的MOFs材料在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或強(qiáng)還原性環(huán)境下結(jié)構(gòu)會(huì)遭到破壞進(jìn)而失活。當(dāng)前對(duì)MOFs材料的研究仍處于基礎(chǔ)階段,缺乏系統(tǒng)性的研究。

        3 結(jié)論與展望

        修飾后的MOFs材料被廣泛應(yīng)用于氣體的吸附分離中,但是CO2在熱力學(xué)上是一種相對(duì)穩(wěn)定的惰性氣體,相對(duì)其他氣體吸附分離較為困難,用MOFs材料對(duì)CO2氣體進(jìn)行吸附分離仍具有局限性。未來可以重點(diǎn)探究對(duì)MOFs材料進(jìn)行有目的的調(diào)控和改性,定向得到目標(biāo)產(chǎn)物。對(duì)MOFs在氣體吸附分離方面的實(shí)踐需要進(jìn)行不斷的探索。

        爱我久久国产精品| 欧美性生交活xxxxxdddd| 国产精品爽爽v在线观看无码| 国产极品久久久久极品| 在线av野外国语对白| 亚洲无毛片| 欧美在线Aⅴ性色| 一区二区高清视频免费在线观看| 国产乱人精品视频av麻豆网站| 亚洲色大成网站www永久网站| 国产 国语对白 露脸| 亚洲日本无码一区二区在线观看| 亚洲一区二区自偷自拍另类| 成人试看120秒体验区| 欧美巨大xxxx做受l| 亚洲欧洲AV综合色无码| 一区二区三区高清视频在线| 欧美老妇交乱视频在线观看| 久久精品国产亚洲一区二区| 久久精品国产精品亚洲婷婷| 免费看片的网站国产亚洲| 国产激情视频在线观看的| 欲妇荡岳丰满少妇岳| 亚洲va成无码人在线观看| 在线观看一区二区三区在线观看| 天堂中文官网在线| 色吧综合网| 二区三区视频在线观看| 精品人伦一区二区三区蜜桃91| 亚洲伊人色欲综合网| 麻豆变态另类视频在线观看| 亚洲五月天中文字幕第一页| 艳妇臀荡乳欲伦交换h在线观看| 亚洲精品成人网站在线观看| www久久久888| 青青河边草免费在线看的视频 | 色yeye在线观看| 日韩女优视频网站一区二区三区| 色婷婷五月综合久久| 99久久久久国产| 亚洲最大视频一区二区三区|