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摘 要

随着科技的进步、社会的发展，化石燃料大量使用，温室气体——特别是CO₂和CH₄年年增加，导致地球变暖。通过化学反应去除这些气体成本高、污染大，所以具有大比表面和高孔隙率的金属有机骨架材料应运而生。

ZIF-8是金属有机骨架材料中的典型代表。本实验在常温下，以水为溶剂合成了ZIF-8晶体。并对产品进行了傅氏转换红外线光谱分析仪（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析仪（TGA）、X射线衍射仪（XRD）的表征分析，结果显示产品合格。接着，本文更进一步地探讨了ZIF-8对CO₂和CH₄的吸附性能。研究表明，ZIF-8能有效吸附这两种气体，并且更容易吸附CO₂。

关键词：金属有机骨架材料；ZIF-8；吸附

ABSTRACT

With the progress of science and technology, the development of society, the use of a large number of fossil fuels, greenhouse gases, especially CO₂ and CH₄ increased year by year, leading to global warming. Through the chemical reaction to remove the high cost of these gases, pollution, so it has large specific surface area and high porosity metal organic framework materials arises at the historic moment.

ZIF-8 is a typical representative of the metal organic framework materials. In this experiment, ZIF-8 crystal was synthesized with water as solvent at room temperature. And the product of the Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), thermal gravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD) characterization of analysis. The results showed that the qualified products. Next, the adsorption properties of ZIF-8 on CO₂ and CH₄ were further discussed. Studies show that ZIF-8 can effectively adsorb these two gases, and is more likely to adsorb CO₂.

KEYWORDS: metal organic framework materials; ZIF-8; adsorption

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 III

第一章 文献综述 1

1.1 前言 1

1.2 金属有机骨架材料（MOFs） 3

1.2.1 MOFs介绍 3

1.3 沸石咪唑酯-8骨架结构材料（ZIF-8） 6

1.3.1 ZIF-8介绍 6

1.3.2 ZIF-8的合成 6

1.3.3 ZIF-8在吸附方面的应用 7

第二章 实验部分 9

2.1 实验药品和仪器 9

2.2 ZIF-8的合成 10

2.3 ZIF-8的结构表征 10

2.3.1 傅氏转换红外线光谱分析仪（FTIR） 10

2.3.2 扫描电子显微镜（SEM） 11

2.3.3 热重分析仪（TGA） 12

2.3.4 X射线衍射仪（XRD） 12

2.4 吸附实验 14

2.4.1 样品管的准备工作 14

2.4.2 样品重量以及如何测量采样管 14

2.4.3 组装样品管 14

2.4.4 将样品管附加在设备上 14

2.4.5 拆卸样品管的方法 15

2.4.6 准备加热器预处理 15

第三章 结果与讨论 17

3.1 ZIF-8的表征 17

3.1.1 红外图（FTIR） 17

3.3.2 扫描电子显微镜（SEM） 18

3.3.3 热重分析仪（TGA） 19

3.3.4 X射线衍射仪（XRD） 20

3.2 ZIF-8的吸附性能 21

第四章 结论 22

参考文献 23

第一章 文献综述

1.1 前言

最近十几年，一种多孔新型材料冉冉升起，各类相关的研究层出不穷。这种材料结构多变，可以针对性地设计各种功能。它已经在各个领域展现出卓越的品质——有机化学、无机化学、配位化学、材料化学，乃至光学。这种材料叫做金属有机骨架材料。

沸石咪唑酯骨架材料属于众多金属有机骨架材料中的一种，是研究热门之一，在吸附方面引起了广泛的重视与研究。有一种简称ZIF-8的物质属于沸石咪唑酯骨架材料，它是什么？如何合成？吸附性能又怎样？这正是本文所探讨的问题。

特别是在当今的国际背景下，化石能源与日俱增的大量消耗，以及新能源的缓慢发展，使得大气污染、水污染日益严重且难以解决，还伴随着大量的温室气体的排放。所以近几年不断有报道雾霾、水质问题，这不单单极大地影响了人们的生活，而且使得人们对化工行业本身就有的一点抵触无限放大，造成恶性循环。

化学化工行业耗能很多，特别是大型的石油化工工业，以及发生化学反应的石油过程。其中，化工行业中分离占了一大半的能耗，且一般认为，分离装置投资的费用占总投资的一半以上，九成以下。所以说，化工行业的节能减排、治理污染相当重要，并且早已引起了广泛的重视。与传统的流体输送、过滤、固体流态化、热传导、蒸发、冷凝、吸收、蒸馏、萃取、吸附、干燥、液化、冷冻、固体输送、粉碎、筛分等化工单元操作相比，

在上个世纪的开端出现，半个世纪前迅速繁荣发展的一门新兴分离技术——膜分离技术在这些方面有着无与伦比的优势。膜分离技术可以用来分离介质、浓缩液体、纯化气液，甚至能对产品进行精加工，同时该技术效率高、省能、绿色；而且它的过滤层次是分子层次，过滤控制和过程很简单。所以目前已在化工、能源、水处理、环保、卫生、医药、生物等行业产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一，特别是能在压力差、浓度差、温度差或电位差的驱动下对组分进行分离。

膜可以分为液膜和固体膜。其中固体膜还可以分为：①无机多孔膜。是由无机质的多孔材料组成，将在无机多孔膜上强制沉积不溶性微粒和胶体便制成该膜；②合成膜。一般意义上采用聚乙烯、芳香族聚酰胺、聚丙烯、醋酸纤维素、聚砜等高分子材料制成。合成膜又可以分为离子交换膜、多孔膜和均质膜：①离子交换膜由带有可以进行电离的阴离子或阳离子的高分子材料所组成；②均质膜则是均匀的高分子薄膜；③而多孔膜是在铸膜液中加发孔剂，经过蒸发和进一步的凝胶分离得到的。

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