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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

目的：通过对MOFs材料的研究，提供一种思路（或方法）来吸附（或捕集）排放源排出的CO₂，通过吸附、脱附，极大的降低CO₂排放到大气的浓度，而CO₂吸附、脱附后对整个吸脱附系统的影响较少，可达到重复吸脱附的目的，系统能更加持久运行，达到很好的降低CO₂排放到大气的浓度。

意义：“温室效应”对整个居住在地球上的生命体都有着巨大的影响，如北极冰川的消融对北极熊的捕食及居住都带来了不可逆破坏。而降低整个大气中CO₂的浓度是我们必须要做的，没有选择的。通过对吸收CO₂材料的探索与研究，给我们所居住的环境一个新的选择。

国内外研究现状

吸脱附CO₂材料的合成是降低地球大气CO₂浓度的重要方向之一，但其合成方法通常是偶然的。使用的参考方法有“震荡和烘烤”、“混合并等待”及“加热和磨碎”等，20世纪的大部分时间里，各研究人员运用这些方法很好的合成了一些重要的固体化合物，取得了很好的进展。设计合成拥有较大的比表面积的化学结构是多孔材料合成的重要难题，这样的多孔材料在涉及到催化、分离以及气体储存等方面有着非常重要的应用。无序结构碳的最大比表面积是2030m²/g。华东理工大学胡军等课题组合成高度有序结构的分子筛，其BET比表面积可达1225m²/g，但是随着Yaghi课题组引入MOFs化合物，比表面积大大的增加，数值可达到3000m²/g。后来合成一个晶体MOF-177(Zn₄O( 1,3,5-三苯基苯)₂），是具有4500m²/g的表面积的有机金属骨架化合物。Liu Jian等研究了CO₂ /H₂O 在MOFs HKUST-1和Ni/DOBDC 中的吸附平衡及吸附率，结果表明:在 HKUST－1中少量的水不会减少其对CO₂的吸附；适当的水负荷下，Ni/DOBDC 有存贮大量CO₂的能力，并且水更容易从MOFs中移除，Ni/ DOBDC 有可能作为未来捕集气体的吸附剂。Millward和Yaghi报道了在室温条件下大量的金属有机骨架化合物对CO₂的等温吸附数据。Snurr等在研究MOF-5对CO₂的吸附时发现一种阶梯现象，即在特定的不是很高的温度下，在低压区随着压力很小的增大，CO₂的吸附量会发生快速上升，这被归结为CO₂分子间的静电相互作用。同时选用了一个分子模型，该模型名为蒙特卡罗模型（GCMC）,它的预计与实验结果相一致，并帮助解释了吸附机理，实验发现仅仅考虑CO₂气体和材料之间的L-J相互作用势能，而不考虑CO₂分子的四极矩的模型与实验所得结果不相符，而将两者结合起来考虑的模型能够很好地和实验相一致。Yazaydin等研究发现，材料结构中存在少量水分子将提高CO₂的吸附选择性，由于水分子与不饱和金属中心配位后形成一定静电场，而CO₂具有四级矩，利用静电作用提高吸附选择性。然而，Liu 等研究表明，当HKUST-1和DOBDC的吸水量达到一定值后，基本对CO₂失去吸附效果。由于H₂O中的O原子与MOFs材料中的不饱和金属中心发生强烈相互作用，造成结构变形，极大削弱了CO₂的吸附效果。Chen等利用分子仿真研究了H₂O对MIL-101吸附分离CO₂和CH₄的影响，结果显示在高压条件下，水分子会减少自由体积从而削弱MIL-101对CO₂ 的吸附效果。

2. 研究的基本内容

通过合成新的吸脱附CO₂样品（MOFs材料——单金属或双金属配位）来确定其对CO₂吸附效果。不同样品在其对应的温度下来使其吸附效果达到最好，在CO₂/N₂的混合气体按不同质量流量通入，在达到混气均匀的情况下开始测试各样品的吸附效果，吸附结束后开始脱附从而达到样品的重复吸附性的效果。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

前期：通过查阅文献和与导师、学姐和同学的交流确定整个实验方案，流程和实验安排及分工等，根据实验方案合成相应样品（样品合成前，查看所需的实验仪器操作方法，材料是否完全等，确保合成样品无问题），架设实验平台，确保实验管道的通气性、气密性等。整个时间间隔大概半个多月。

中期：将合成好的样品放入u型管，吹扫确保无残留co₂气体等开始实验，将co₂/n₂混合均匀的气体经过水汽后的气体通过样品进行吸脱附，吸脱附均为1h，每个样品做10组，统计相应数据，制作相应的表格和图片。整个时间间隔大概一个半多月。

后期：处理相应数据，制作总的曲线图，完成各样品的相应表征，结合数据图表对照。整个时间间隔大概半个多月。

4. 参考文献

［1］ 孔明祥，杨颖，沈文龙，等．co₂/ch₄/n₂在沸石13x-apg上的吸附平衡［j］． 化工学报，2013，64(6)：2117-2118．［2］苏伟，张孟宇，钟声．分离co₂吸附剂研究进展［j］．天然气化工， 2013,38（1）：84．［3］简相坤，刘石彩．活性炭微孔结构与吸附、解析co₂的关系［j］．煤炭学报， 2013,38（2）：326．

［4］胡军，马燕辉，赵会玲，等． 微孔/介孔复合分子筛的合成及其对co₂的吸附性能［j］．物理化学学报，2011,27（3）：689-696．

［5］ 陈耀强，杨皓，龚茂初．活性炭的孔径分布对ch₄和co₂的吸附性能影响［j］．无机化学学报，2011,27（6）：1053-1058．

［6］ yaghi o m ， furukawa h ， kim j ，et al．［j］．journal of the a -merican chemical society，2008 ， 130：11650-11661．