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基于微流控的金属有机框架材料的制备及性能研究

基于微流控的金属有机框架材料的制备及性能研究

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作者：陈虹滨广东工业大学

学位级别：硕士

金属有机框架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)材料是一类新型多孔材料,该类材料具有孔径均匀、比表面积大和结构与功能多样化的特点,目前已在储能、催化、吸附分离、荧光标记、分子识别等领域得到了广泛的应用。但是目前制备MOFs的常... 详细信息

金属有机框架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)材料是一类新型多孔材料,该类材料具有孔径均匀、比表面积大和结构与功能多样化的特点,目前已在储能、催化、吸附分离、荧光标记、分子识别等领域得到了广泛的应用。但是目前制备MOFs的常规方法依然是水热法或溶剂热法,这种方法的局限在于:单次反应过程中往往只能得到一种金属有机框架材料,且大多数反应都需要在高温、高压、长时的条件下进行,无法实现连续可控的制备。因此,寻找一种常温常压下对MOFs进行短时、连续、种类可控的合成方法是十分有必要的。自支撑MOFs材料是MOFs应用的重要研究方向,与粉体MOFs相比,自支撑MOFs材料所具有的宏观结构如纤维、薄膜和凝胶等结构赋予了MOFs新的特性。在药物释放、细胞标记、气体分离、能源存储、超级电容器等领域展现出独特的优势。但是目前制备自支撑MOFs材料的方法存在制备过程繁琐,设备昂贵,对制备技术的要求高等缺点。因此,探索一种制备过程简单、可操作性强、成本低廉的方法来连续可控制备自支撑MOFs材料显得尤为重要。为此,本文以微流控技术为基础,提出一种简单且通用的方法来连续可控地制备MOFs材料,并对其进行塑形,制备出具有明确结构、机械强度和物理柔性并保留其原始特性的自支撑MOFs材料。通过X射线衍射仪表征、扫描电子显微镜、荧光显微镜、荧光光谱仪和紫外可见分光光度计等仪器对合成的MOFs粉体及其塑形后的自支撑MOFs功能化材料进行相关的表征和性能研究。主要研究工作如下:1.采用微流控技术,设计多通道微流控芯片结构。利用微流控强化传质的特点,辅以温控系统和搅拌系统,实现MOFs材料在常温常压下的快速制备。利用微流控连续调控反应原料比例的特点,实现连续、动态、可控制备六种波长范围在470-650 nm范围的荧光MOFs材料。2.通过微流控技术构筑同轴式微反应器,采用湿法纺丝技术和离子交联法连续制备具有核壳结构的荧光MOFs纤维。在流速比1:5-1:9和浓度比1:4-1:7的范围内,可制备得到直径范围170μm-410μm、拉伸强度高达85.6 Mpa、具有优异环境稳定性的高强度、高柔性荧光MOFs纤维。3.利用微流控技术构建金属微混合器,采用MOFs@聚合物杂化策略,将混合均匀的MOFs材料@聚合物前驱体通入微混合器,通过微流控技术成膜,制备得到不同MOFs负载量的混合基质膜。制备出的薄膜膜厚均匀,透过率高,比表面积高达751.2 mg,具有优异的热稳定性和气体吸附性能。

关键词：金属有机框架材料荧光金属有机框架纤维混合基质膜微流控

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