配位聚合物的设计合成及吸附与光催化性能研究

作     者：韩友 

作者单位：延安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：付峰

授予年度：2020年

学科分类：07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0703[理学-化学] 

主      题：配位聚合物材料合成 气体吸附与分离 光催化 

摘      要：配位聚合物是以金属为节点,有机配体为骨架,通过配位键链接,自组装形成具有周期性网络结构的材料。通过有机配体和金属中心的改变,自组装形成结构独特、性能优异的配合物材料,在气体储存与分离、催化、荧光传感、药物传输、电化学等众多领域展现出广阔的应用前景。本论文在优选有机配体和金属离子的基础上,探索实验条件,围绕具有气体储存与分离和光催化性能的新型配位聚合物材料的设计与构筑,开展了系列研究工作。选用5-(4-吡啶基)-甲氧基间苯二羧酸(Hpysa)和3,3’,5,5’-偶氮苯四羧酸(Hdda)两种含氮羧酸配体以及4,4-双(咪唑基)联苯(bibp)、1,3-双(咪唑-1-甲基)苯(biyb)、4,4-双(咪唑基)二苯醚(bide)、三[4-(咪唑-1-基)苯基]胺(tipa)等含氮杂环辅助性配体与过渡金属离子Co、Cd、Mn,通过溶剂热法合成了9种新颖的配位聚合物材料。对制备的9种配位聚合物材料分别进行了结构测定和表征,并进行了5种材料的气体吸附分离实验和4种材料对印染废水光催化降解性能实验。主要研究内容包括以下三个方面:(1)在溶剂热条件下成功制备了九种新型的配合物材料,对其进行了结构测定、TG、IR以及PXRD等表征。(2)分别测定了五种合成MOFs配合物材料Co(pysa)(HO)(1),[Co(pysa)(HO)]·2HO(2),Co(pysa)(biyb)(3),[Co(pysa)(dipe)]·2HO(4),[Co(pysa)(bide)]·2HO(5)的比表面积,以及对CO、CH、CH、CH的吸附-脱附行为,并从理论角度计算研究了MOFs(1)材料对CO、CH、CH、CH气体的吸附焓以及对理想二元气体混合物CO/CH、CO/CH、CO/CH、CH/CH、CH/CH、CH/CH的分离性能。(3)实验测定了[Mn(Hdda)(DMA)(HO)]·(DMA)(6),[Cd(dda)(tipa)]·4HO(7),[Cd(dda)(bide)(HO)]·3HO(8)以及Cd(dda)(bibp)]·2HO(9)对亚甲基蓝的光催化降解性能;实验结果表明,经过2.5 h的光催化降解,材料6、7、8、9对亚甲基蓝降解率分别是34.7%、76.1%、73.5%、79.3%,一级动力学速率常数分别为2.57×10、4.88×10、5.91×10、7.07×10min。优选材料9,进一步对其光催化活性影响因素及其对模拟样品的光催化降解性能进行了实验,研究表明,最佳工艺条件为:800 W氙灯为光源、催化剂用量为15 mg、HO(质量分数为30%)用量为0.3 mL及pH等于10。