沸石咪唑酯ZIF-8晶体的稳定性研究毕业论文
2020-05-17 21:42:41
摘 要
本文以二水合醋酸锌作为锌源，2-甲基咪唑为有机咪唑配体，室温下搅拌5小时后进行离心洗涤，烘干(烘干的温度不得高于60摄氏度)得ZIF-8晶体。对合成的ZIF-8样品进行分析与表征，采用红外、电镜、粉末X射线衍射等方法来确定其结构特征及表面形貌，以此说明ZIF-8的化学稳定性、水热稳定性，总结它们的变化规律。
关键词：ZIF-8 合成 表征 稳定性
The Research Of Zeolite crystals imidazole ester -8 and its Stability
Abstract
In this paper, two hydrated zinc acetate as a zinc source, 2- methyl group as an organic ligand, stirring at room temperature for 5 hours, after cooling room temperature for centrifugal washing, drying was ZIF-8 crystal. Samples of ZIF-8 synthesis of analysis and characterization, using FTIR, SEM, X-ray powder diffraction method to determine the structure and surface morphology, in order to illustrate the ZIF-8 chemical stability and hydrothermal stability, summarizes the regularity of their development.
Keywords : ZIF-8; Sythesis; surface Features; stability
目 录
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1课题研究背景及意义
1.2金属有机骨架材料MOFs
1.2.1MOFs简介
1.2.2MOFs的结构特点
1.2.3MOFs的分类
1.2.4MOFs的合成方法
1.3沸石咪唑酯骨架材料ZIFs
1.3.1 ZIFs材料简介
1.3.2 ZIF-8简介
1.3.3 ZIF-8的合成方法
1.3.4 ZIF-8的应用研究进展
1.4本课题的研究目的及意义
第二章 实验部分
2.1 实验试剂与实验仪器
2.1.1实验试剂
2.1.2实验器材
2.1.3 实验设备演示图
2.2ZIF-8的合成
2.3ZIF-8测试样品的制备
2.4对ZIF-8样品的表征
2.4.1傅氏转换红外线光谱分析仪（FTIR）
2.4.2环境电镜扫描（SEM）
2.4.3粉末X射线衍射（XRD）
2.4.4比表面积及孔径测试（BET）
2.5本章小结
第三章 实验结果与讨论
3.1 ZIF-8样品的表征结果与讨论
3.1.1环境电镜扫描（SEM）
3.1.2傅氏转换红外线光谱分析仪（FTIR）
3.1.3比表面积比表面积及孔径测试（BET）
3.2研究ZIF-8水热稳定性的表征结果与讨论
3.2.1比表面积及孔径测试
3.2.2粉末X射线衍射
3.3研究ZIF-8化学稳定性的表征结果与讨论
3.3.1比表面积及孔径测试
3.3.2粉末X射线衍射
第四章 结论与展望
4.1结论
4.2展望
参考文献
致 谢
第一章 绪论
1.1课题研究背景及意义
21世纪以来，经济高速发展，人民生活水平的日益提高，随之带来的生活垃圾，工业三废的排放以及汽车尾气等一系列污染已经导致严重的环境问题，对于社会和经济的可持续发展产生了消极影响，保护环境节能减排日渐成为人们关注的焦点。此外，高质量的生活和经济快速发展依赖于能源的供给，因为煤、石油等这些传统资源不可再生，且需求量越来越大，总有一天面临用尽的局面，能源短缺成为摆在眼前的一道难题。从20世纪末期，天然气（甲烷）作为石油的替代燃料开始进入人们的视野，被普遍认为是一种绿色环保、经济安全的燃料，但是储存运输的难题限制了其正常有效的应用。天然气传统的运输方式为管道运输，近年还有新型的例如压缩、液化等[[1]]。为了解决天然气的运输储运难题，科学家们寻找一种孔径大、比表面积大可以大量吸附气体的材料[[2]]。MOFs材料具有这些优点，因此被广泛运用于解决天然气的运输储运问题。
ZIF-8作为MOFs材料的一种，不仅具有以上MOFs的优点，还往往具有更好的稳定性。因此，世界各国学者更加致力于ZIF-8材料的配体修饰和改性的研究[[3]]，以适应不同的应用环境。
1.2金属有机骨架材料MOFs
1.2.1MOFs简介
MOFs是指金属离子和有机配体通过强共价键连接而成的骨架材料，是一种多孔的晶体配位化合物。有机配体与金属离子的配位方式有无穷多种，不同的配位方式可以合成出适应不同用途的MOFs材料，目前已经合成的MOFs种类已经多达万种。然而，因为MOFs材料的组合方式是与无机金属中心的混合配位键形成晶体的三维网状结构，类似于沸石的孔结构，但不同的是框架具有灵活性的优点。所以较其他的多孔材料，MOFs材料的稳定性相对一般[[4]]。21世纪以来，各国研究者在对MOFs 的研究中逐渐掌握对其稳定性的改造，MOFs材料在催化、分离、气体储存、医学诊断等领域必将发挥更大的作用[[5]]。
1.2.2MOFs的结构特点
金属-有机骨架(MOFs)材料是多孔结构材料，其孔径大小不一，一般在3.8~28.8的范围内。Cu2(PZDC)2(DPYG)的孔径与沸石相当，也有Zn4O(TPDC)3这样的大孔径的MOFs 材料[[6]]。
多孔性是MOFs材料应用于气体储存的前提条件。除此之外，MOFs的孔的形状还具有多样性。选择不同的的有机配体和金属离子的组合，可以控制MOFs的孔结构和大小，进而影响该材料的比表面积，以适应不同的应用场景。类似于沸石和分子筛之类的多孔固体中，难以像MOFs一样控制孔的形状和大小。
金属有机骨架的另一个特点是高比表面积。研究表明，沸石的最大比表面积为904m2·g- 1[[7]]。目前已知最大比表面积的MOFs材料是由Koh等专家采用的特殊苯基为配体，二价锌离子为中心，在二乙基甲酰胺(DEF)溶剂中，采用溶剂热法合成的金属-有机配合物UMCM-2。这种配合物具有三种孔结构，比表面积高达5000m2/g。
此外，MOFs材料还具有孔道可伸缩，骨架结构可调整等结构特点。
1.2.3MOFs的分类
有机配体是构筑MOFs材料最为重要的一环，其决定了MOFs材料的孔性和结构以及化学特性。依据配体的不同，合成方法的不同，对于MOFs的分类有许多种方法。从配体种类进行分类可以分为3大类，分别为基于接酸类配体的MOFs，含氮杂环类配体的ZIFs材料，其它类型配体的MOFs [[8]]。
1.2.4MOFs的合成方法
大多数的MOFs都是用溶剂热法合成的。在适宜的压力温度下，金属离子与有机配体溶液混合，在溶于极性溶剂时发生混合反应并产生热量，溶剂热法的本质就是这样。对合成有影响的因素很多，诸如配体种类和溶解性，溶剂的种类，酸碱度，温度和压力等。
1.3沸石咪唑酯骨架材料ZIFs
1.3.1 ZIFs材料简介
ZIFs是一种金属骨架材料，是一种具有立方体结构的金属骨架材料，其形态一般是四面体，但是多变可调。类似于钴、锌这一类过渡金属与咪唑类配体溶液混合就可以合成了ZIFs，这种材料具有类沸石结构[[9]]。沸石是大分子、多孔结构物质，一般以桥氧键将Si(A1) 结构单元以共价作用的方式结合起来。我们经常提到的沸石是Si元素，或者是银元素通过氧原子连接，形成Si-O-Si或者Al-O-Si这样的特定空间四面体结构，其结构中的键角均为145o。
