MIL复合材料的制备及其对甲醇、异戊醛敏感特性研究
作者单位：安徽建筑大学
学位级别：硕士
导师姓名：孙柏
授予年度：2024年
学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070302[理学-分析化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0703[理学-化学]
摘 要：化工领域的废水中存在大量的甲醇、异戊醛等醇醛类有机污染物,对水体和生物产生危害。传统的气相色谱法、高效液相色谱法、气质联用仪等技术尽管可以实现甲醇和异戊醛的检测,但存在仪器体积大,价格昂贵、操作过程复杂等不足。因此,发展快速、便捷的有机物检测方法是当前研究热点。催化发光（CTL,cataluminescence）方法具有装置简单、检测迅速、无需复杂的前处理过程、灵敏度高、信号稳定等特性,被用于气态、液态有机污染物的检测,其核心是敏感材料。近年来,基于MOFs复合材料功能多样性逐步被应用于CTL领域。拉瓦希尔系列（Materials of institute Lavoisier frameworks,MIL）金属有机骨架（Metal-Organic Frameworks MOFs）复合材料具有多孔结构、大比表面积及不饱和金属配位点等特点,受到广泛关注。本论文探索两种不同MIL复合材料的制备方法,将其用作有机污染物甲醇和异戊醛的CTL传感器的敏感材料,对传感器特性进行系统研究,并对其敏感机理进行初步探讨。研究内容简述如下: ***2O4/MIL-Ti125复合材料的制备及其对甲醇敏感特性研究。利用水热法合成海胆状结构与正多面体方块结构组合的NiCo2O4/MIL-Ti125复合材料,并通过扫描电子显微镜（Scanning electron microscope,SEM）、能量色散谱（Energy dispersive spectrometer,EDS）、X射线衍射（X-ray Diffraction,XRD）和比表面及孔隙度分析（Brunauer emmett teller,BET）等多种表征手段对其进行分析,BET显示该材料具有较大比表面积,孔径在1～10nm之间,主要以微孔和中孔为主,有助于提高对待测物的吸附效率。敏感性能研究表明,与NiCo2O4单一材料相比,NiCo2O4/MIL-Ti125复合材料对甲醇表现出更高的灵敏度、选择性以及信号强度,说明MIL材料对单一NiCo2O4材料敏感性能有增强效果。复合材料传感器具有较快的响应和恢复速度,响应和恢复时间分别为10s和97s左右,与多种其它类型甲醇传感器相比,显示出较好性能。该传感器在1～156.16ppm范围内的检测限为1.562ppm,CTL信号强度与甲醇浓度能够保持对应的函数关系（R2=0.976）。NiCo2O4/MIL-Ti125复合材料传感器还具有良好的重现性和材料结构稳定性,两周内的八次测试结果的相对偏差（RSD=4.95%）小于5%,在300℃、400℃、500℃高温煅烧,400℃仍能够保持其结构稳定性。对检测甲醇的反应产物进行气-质联用分析,结果显示其成分主要包括空气组分（99.03%）和水（0.97%）。 ***2O4/MIL-Fe53复合材料制备及其对异戊醛敏感特性研究。SEM表征发现复合材料呈正八面体双锥与海胆状的组合结构,材料比表面积较大,XRD和傅里叶红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectrometer,FT-IR）显示材料的各个晶面及官能团吸收峰都能与标准卡片一一对应,证明材料成功合成。研究发现,该材料对异戊醛有较高的响应信号及较快的响应速度,NiCo2O4与复合材料均具有快速的响应及恢复速度,响应时间约为6s,恢复时间约为8s,复合材料传感器的信号强度是单一NiCo2O4材料的12倍左右,说明NiCo2O4/MIL-Fe53复合材料较NiCo2O4催化效果更好。通过控制Co/Ni、Fe的加入量合成五种比例的复合材料,相同条件下,NiCo2O4与MIL-Fe53比例为1:4有更高的响应强度,通过紫外-可见光吸收光谱（Ultraviolet–visible spectroscopy,UV-Vis）分析发现,该材料具有更强的光吸收能力,且蓝移幅度最大,具有较好的电子和空穴分离能力。在温度234℃、载气流速300ml/min的优化条件下,CTL信号强度与待测物浓度在1～874.44ppm范围内有函数关系（R2=1.00）。此外,600s内的十次测试以及7天内的七次测试结果显示信号强度都能稳定在5500左右,相对偏差（RSD=4.18%）小于5%,表明该传感器有较好的稳定性和使用寿命。
同方学位论文库