金属有机骨架材料MIL-96的可控制备及其在除氟和储氢上的研究

【摘要】金属有机骨架材料(MOFs),具有着高孔性、比表面积大、结构多样性以及高度可调的物理化学性质,从而引起了越来越多的关注。目前,金属有机骨架材料的研究热点主要集中在材料的设计合成及其在能源和环境方面的应用。本论文选择了铝基金属有机骨架材料MIL-96做为研究主体,探索其可控制备的新原理和新方法,研究其在氢气存储和水中氟离子去除中的应用。通过研究探索,本论文取得了以下结果：一、发展了一种在温和条件下常压合成MIL-96材料的方法,并实现了不同尺寸MIL-96材料的可控制备。该制备方法克服了传统合成方法中制备条件较为苛刻、反应时间过长和产量小等缺点,为MIL-96材料的宏量制备提供了新方法。二、提出了通过控制金属离子和有机配体投料量比来可控制备暴露不同晶面金属有机骨架材料的新原理,并成功制备了暴露不同晶面的MIL-96材料,为金属有机骨架材料的晶面控制制备提供了一个新的思路。在制备过程中避免了表面活性剂的使用,简化了产物纯化后处理步骤,为进一步研究MIL-96材料的晶面效应提供了材料基础。三、发现了金属有机骨架材料不同暴露晶面对储氢能力的巨大影响,当暴露晶面为(001)和(100)时,MIL-96在77K,760mmHg条件下储氢量小于0.2wt%；而当暴露晶面为(012)时,相同条件下MIL-96储氢量达到4.6wt%,并依此提出了MIL-96储氢应用中的晶面效应,为金属有机骨架材料的储氢研究开拓了新的研究方向。四、将MIL-96材料应用于饮用水中氟离子的去除。结果显示,MIL-96材料在氟离子平衡浓度为1.5mg/L时的吸附容量为21.18mg/g,远大于传统的吸附剂；MIL-96具有非常宽的pH适应范围,在pH为3-10内,其对氟离子的去除基本没有影响；同时,吸附之后的铝残留远低于世界卫生组织的安全标准；而且MIL-96的抗干扰能力非常强。所以,MIL-96材料在去除饮用水中氟离子方面具有很大的潜力,同时这也拓展了金属有机骨架材料在环境中的应用。
【作者】张楠通；
【导师】罗涛；
【作者基本信息】中国科学技术大学，无机化学，2014，硕士
【关键词】金属有机骨架材料；MIL-96；储氢；去氟；

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