MIL型金属有机框架材料空气除湿性能研究

固体除湿装置因其结构简单、可利用低品位能源等优点,在空气调节及空气取水中发挥重要作用。除湿材料是固体除湿装置的关键部分,关乎整个设备的效率和能耗。采用水热法合成了MIL-101(Cr)、MIL-101(Fe)和MIL-100(Fe),通过X射线衍射对其进行了表征。搭建了固定床吸附/脱附实验台,测定了水蒸气在3种除湿材料上的吸附等温线和吸附动力学特性。对比研究了MIL-101(Cr)、MIL-101(Fe)和MIL-100(Fe)3种金属有机框架化合物对水蒸气的吸附性能。结果表明：MIL-101(Cr)和MIL-101(Fe)对水蒸气具有超高吸附能力,分别高达1.50 g/g和1.33 g/g。MIL-101(Fe)吸附速率最快,吸附穿透时间最短,并且吸附速率随相对湿度的增大而减小。相对湿度50%时,MIL-101(Fe)吸附速率达到了0.738。10次循环后MIL-101(Cr)和MIL-101(Fe)的吸附容量的损失分别为3.33%和3.22%,循环吸附表明MIL-101(Cr)和MIL-101(Fe)对水蒸气吸附具有优异的可逆性和稳定性。     

金属有机骨架材料MIL-101的合成及CO吸附性能

采用水热法合成金属有机骨架材料MIL-101,并利用X线衍射(XRD)、低温N2吸附等测试手段对合成的材料进行表征。结果表明:制备的MIL-101的BET(Brunauer-Emmett-Teller)比表面积达到3 142 m2/g,孔容为1.78cm3/g。根据77 K下N2吸附等温线数据,采用巨正则蒙特卡洛法分析MIL-101的孔径分布,其分析结果与文献所报道的数据吻合。考察了CO、N2混合体系在MIL-101上的吸附性能,实验结果表明:MIL-101结构中不饱和金属Cr3+提供的活性位能从混合气体中高效吸附分离CO,而且对CO的吸附容量达到45.0 cm3/g(298 K,0.1 MPa),对CO的吸附容量约是NA吸附剂的2倍。     

混合配体法合成氨基MIL-101(Cr)及其二氧化碳吸附和除湿性能

报道一种原位合成氨基功能化金属框架材料(Metal-Organic Framework,MOF)的方法.该方法采用混合配体使2-氨基对苯二甲酸部分替换金属有机骨架材料MIL-101(Cr)中的对苯二甲酸,以实现材料的氨基功能化.实验结果表明,对苯二甲酸是引导组装MIL-101框架时必不可少的成分,并且2-氨基对苯二甲酸在MOF框架中的含量可以通过化学计量比来调控.氨基功能化MIL-101(Cr)的比表面积大,热稳定性高,空气中分解温度高达300℃以上.氨基功能化MIL-101(Cr)的颗粒形貌和纯MIL-101(Cr)总体类似,但是颗粒表面变得粗糙.此外,该功能化材料还表现出优异的CO_2和水蒸气吸附能力:30℃4 MPa下,CO_2吸附量可达19 mmol·g~(-1),CO_2/N_2理想分离系数达16以上.还在常温下测试了其在密闭容器中对水蒸气的吸附性能,将湿度从71%降低至38%,可作为电力开关柜和端子箱等的潜在除湿装置.     

H_6P_2Mo_(18)O_(62)/MIL-101(Cr)-NH_2的制备及其吸附性能的研究

采用水热法将磷钼酸H_6P_2Mo_(18)O_(62)与金属有机骨架MIL-101(Cr)-NH_2负载,制备出新型吸附剂H_6P_2Mo_(18)O_(62)/MIL-101(Cr)-NH_2,通过XRD、BET、FT-TR、SEM、N2吸附-脱附表征手段测试分析,对该材料负载杂多酸前后的各种物理化学性质进行表征.并探究了H_6P_2Mo_(18)O_(62)/MIL-101(Cr)-NH_2对MB的吸附性能,结果表明H_6P_2Mo_(18)O_(62)/MIL-101(Cr)-NH_2对亚甲基蓝的吸附率比纯的金属有机骨架MIL-101(Cr)-NH_2高,进一步探究了温度、接触时间、初始pH和MB初始浓度对吸附实验的影响.吸附热力学和动力学研究表明,热力学实验数据符合langmiur等温曲线,动力学符合拟二级动力学.热力学参数-20 ΔG 0说明该吸附是自发进行的物理吸附过程,ΔH 0说明该吸附过程吸热.     

微波煅烧酸活化改性赤泥的制备及其除Cr(Ⅵ)性能研究

以拜耳法赤泥为原料,通过微波煅烧-酸活化联合处理制备改性赤泥,重点考察改性赤泥吸附剂的制备条件及其加入量、废水p H值、反应时间对吸附去除废水中Cr(Ⅵ)效果的影响;采用比表面积仪(BET)和X-射线粉末衍射仪(XRD)对改性赤泥吸附剂进行表征,探讨了赤泥改性机理。结果表明:在微波煅烧-酸活化联合作用下,赤泥比表面积显著增大,其吸附除Cr(Ⅵ)的能力增强。微波功率为300 W、煅烧时间为20 min、盐酸浓度为3.0 mol/L、吸附剂粒径为120~180μm的改性赤泥吸附剂除Cr(Ⅵ)的能力最佳;在25℃,废水p H值为5.0,吸附反应时间为120 min,吸附剂加入量为12 g/L时,废水中Cr(Ⅵ)去除率达98.9%,溶液p H显著影响Cr(Ⅵ)去除效果。此外,吸附饱和的改性赤泥可通过0.2 mol/L Na OH溶液脱附,脱附率达到95.1%。     

PEI-花生壳复合吸附剂的制备及其对水中Cr(Ⅵ)的去除性能

以廉价易得的农林废弃物花生壳(PE)为载体,负载对重金属Cr(Ⅵ)具有强吸附亲和性的纳米活性组分聚乙烯亚胺(PEI),制备一种新型纳米复合吸附剂PEI-PE。通过序批式吸附实验探究了PEI-PE对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能,用动态柱吸附实验研究PEI-PE的实际应用潜力。结果表明：PEI-PE对Cr(Ⅵ)的吸附在300 min即可达到平衡,PEI-PE吸附Cr(Ⅵ)的过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型,属于单分子层化学吸附。在pH=3时,最大吸附量可达32 mg/g。在2种竞争离子Cl^-、SO₄^2-存在的条件下,PEI-PE依然表现出较高的吸附量。2 g的PEI-PE可将850 mL初始质量浓度为5 mg/L的含Cr(Ⅵ)废水处理后达到工业废水排放标准(0.5 mg/L),且吸附后的PEI-PE具有一定的脱附再生能力,可实现吸附剂的循环利用。     

玉米芯活性炭的CH_4/N_2吸附分离性能研究

煤层气中CH_4/N_2的吸附分离是变压吸附分离领域的难题之一,高性能吸附剂的制备是解决这一问题的关键。以玉米芯为原料,KOH为活化剂,采用一步炭化法制备得到玉米芯活性炭,并探究活化温度对活性炭孔结构、表面性质及CH_4/N_2吸附分离性能的影响。采用FTIR,SEM,XPS,N_2吸附-脱附等方法对活性炭的元素组成、孔结构和表面性质进行表征,并采用Freundlich等温式对25℃下活性炭的CH_4和N_2吸附等温线进行拟合。结果表明,随着活化温度的升高,活性炭比表面积、微孔比表面积和微孔孔容均增加,而表面含氧官能团的含量有所下降。在25℃,100 kPa条件下,活性炭对CH_4和N_2的吸附量与0.47～0.90 nm的微孔孔容有关;而CH_4/N_2平衡分离比与V_(0.47～0.55 nm)/V_(0.47～0.90 nm)和表面含氧官能团的含量有关。活性炭AC-T700具有最高的CH_4吸附量(35.3 cm~3/g),同时CH_4/N_2平衡分离比达到3.5.     

金属有机框架材料MIL-101(Cr)的合成及其对烟酸的吸附

采用水热法合成了MIL-101(Cr)材料,并通过X-射线衍射法(X-ray diffraction, XRD)和红外光谱法(infrared spectroscopy, IR)确定了材料的结构,利用扫描电子显微(scanning electron microscope, SEM)技术及物理吸附技术表征了材料的形貌与孔结构。表征结果表明,所合成的MIL-101(Cr)材料具有物相单一、大小均匀、结构稳定的特点。同时研究了其对水溶液中烟酸的吸附行为,研究结果表明,MIL-101(Cr)对烟酸的吸附在20 min时即可达到平衡,且为准一级动力学过程,符合Langmuir吸附模型,最大吸附量为56.7 mg·g^-1,且17 mg MIL-101(Cr)吸附剂可实现20 mg·L^-1烟酸溶液中40%溶质的去除率。以上实验结果可为探究MIL-101(Cr)去除水中有机污染物提供参考。     

MIL-100(Fe)对柠檬醛的储香及乙醇对柠檬醛协同脱附的影响

本文系统研究了MIL-100(Fe)对柠檬醛的储香性能及乙醇对柠檬醛协同脱附的影响,结果发现在30℃下柠檬醛单组分以及柠檬醛/乙醇双组分体系在MIL-100(Fe)的吸附量最高分别为4.22、3.66 mmol/g,而且随着柠檬醛在MIL-100(Fe)上吸附量的增加,柠檬醛与MIL-100(Fe)的吸附开始从强吸附位向弱吸附位转变,导致柠檬醛在MIL-100(Fe)上的等量吸附热随柠檬醛吸附量的增加不断变小,即柠檬醛与MIL-100(Fe)间的相互作用力不断减弱.然后利用乙醇分子与柠檬醛之间的氢键作用,提升柠檬醛在MIL-100(Fe)上的脱附效率,结果发现在柠檬醛/乙醇双组分体系中柠檬醛在MIL-100(Fe)上的脱附率(81.1％)是柠檬醛单组分体系中脱附率的1.4倍,脱附活化能也从82.3 kJ/mol降低到74.0 kJ/mol.最后通过分子模拟计算也证明柠檬醛和乙醇间存在的强氢键作用,并导致双组分体系中柠檬醛与MIL-100(Fe)之间的结合能从柠檬醛单组分体系的-84.5 kJ/mol下降到双组分的-77.0 kJ/mol,使得柠檬醛分子更容易从MIL-100(Fe)上脱附下来.     

改性锯末对含Cr(Ⅵ)废水的吸附性能研究

以氢氧化钾溶液浸泡制备改性锯末作为含Cr(Ⅵ)废水的吸附剂,用傅里叶红外光谱仪对改性前后锯末的化学性能进行分析.探讨了吸附剂投加量、Cr(Ⅵ)初始浓度、溶液初始pH值、吸附温度、吸附时间等因素对吸附效果的影响.实验证明:吸附剂对低浓度的含Cr(Ⅵ)废水的吸附效果较佳,在实验中溶液pH值对吸附效果的影响较大;吸附处理Cr(Ⅵ)的最佳条件为:吸附剂的投加量24g/L、Cr(Ⅵ)初始浓度25mg/L、溶液初始pH值为2,吸附温度50℃、吸附时间为2h,吸附率可达到98.73%;改性锯末对Cr(Ⅵ)的吸附过程符合准二级动力学模型(R~2=0.9981);吸附过程可用Freundlich吸附等温线来描述;通过再生实验表明,改性锯末可进行解析再生.     

不同吸附剂在沼气脱碳提纯中的分离性能

采用椰壳活性炭、5A和13X分子筛作为吸附剂,动态配气CO2/CH4混合气体作为模拟沼气,研究不用吸附剂及不用原料气配比条件下的CO2/CH4混合气的吸附分离性能,对吸附饱和的13X分子筛分别进行真空(4.5 k Pa)脱附再生和热力(300℃)脱附再生。研究结果表明:在常温常压下,13X分子筛对混合气中CO2的穿透吸附容量为3.21 mmol/g,对CO2/CH4混合气体的分离系数可达10,明显高于5A分子筛和椰壳活性炭的分离系数;减小混合气中CO2的分压,其穿透时间也随着减小,且吸附容量的减小幅度大于分压的减小幅度;真空脱附再生后的13X分子筛吸附分离性能只能恢复到原来的40%左右,而热力脱附再生后分离性能效果较好。     

炭分子筛变压吸附脱除煤层气中O_2的研究

使用3H-2000PW多站重量法蒸汽吸附仪测定298 K、0～100 kPa下,CH_4、O_2单组分的静态平衡吸附等温线及298 K、20 kPa下,CH_4、O_2单组分的吸附动力学曲线;采用单塔吸附装置研究CH_4/O_2混合气中的O_2在炭分子筛吸附剂上的动态吸脱附行为;考察O_2体积分数在顺放过程中的变化。结果表明:O_2在该炭分子筛上的静态吸附量及扩散速率均大于CH_4的静态吸附量及扩散速率;吸附压力为0.6 MPa、塔顶气相对流量为1是比较合适的脱氧条件;在床层利用率为60%的条件下,顺放气能够满足产品气中O_2体积分数1%的要求;抽真空5 min及吹扫气量3 L/min H_2是比较好的再生方式;多次连续重复吸脱附实验后,炭分子筛对O_2的吸附量稳定不变,是用于煤层气脱氧合适的吸附剂。     

贝壳脱除垃圾焚烧烟气中氯化氢的实验研究

为解决海岛生活垃圾焚烧中消除HCl问题,研究贝壳代替传统钙基吸附剂可行性。利用贝壳、Ca(OH)_2和Ca CO_3对高温模拟烟气进行HCl吸附实验,讨论了温度、吸附剂成分、吸附反应平衡和Ca/Cl物质的量之比对吸附剂脱氯性能的影响。结果表明,温度高于700℃时,贝壳的脱氯效果优于Ca(OH)_2和Ca CO_3;贝壳与钙基吸附剂脱氯规律有相似之处,高温下,Ca(OH)_2首先转化为Ca CO_3来发挥吸附作用;而贝壳主要成分为Ca CO_3;温度高于700℃时,贝壳吸附HCl反应的平衡浓度与Ca(OH)_2和Ca CO_3相当或更低;综合热值、脱氯效率等因素,最佳贝壳投加量为垃圾总量的9%～13%。     

负载AgNO_3单层分散吸附剂吸附分离碳四烯烃/烷烃的研究

采用浸渍法分别制备以SiO2和SBA-15为载体的硝酸银改性的单层分散型吸附剂,考察负载量对吸附剂分离碳四烯烃/烷烃的影响。实验发现,随着硝酸银负载量的增加,吸附剂对丁烯的吸附量增多,吸附分离能力增强,但是当硝酸银的负载在增加到一定值后,随着硝酸银负载量的增加,吸附剂对丁烯的吸附量开始减少。通过实验,认为硝酸银在二氧化硅上的分散阈值大约为0.29 g AgNO3/g SiO2,硝酸银在SBA-15上的分散阈值大约为0.45 g AgNO3/g SiO2。     

Mn-Ce/γ-Al_2O_3协同O_3催化降解苯乙烯

利用Mn-Ce/γ-Al_2O_3二元复合金属氧化物催化剂协同O_3氧化降解苯乙烯废气。研究催化剂活性组分负载量、改性金属氧化物添加量、焙烧温度对催化剂性能的影响,探究不同工艺参数(O_3浓度、苯乙烯浓度、停留时间)对催化苯乙烯降解效果的影响及苯乙烯在O_3催化氧化环境下的降解机制。采用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N_2吸附-脱附分析仪对催化剂进行表征;采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测定反应前后苯乙烯气体及反应产物质量浓度。结果表明:在Mn负载量为5%、Ce负载量为1%、焙烧温度为500℃条件下,催化剂性能最好,并且在O_3质量浓度0.2 g/m~3、苯乙烯质量浓度为1 g/m~3、停留时间为4 s时,苯乙烯最高去除率达到90.4%。     

MIL-101(Fe)对草甘膦的吸附行为研究

采用溶剂热法制备MIL-101(Fe)用作吸附材料,借助XRD、SEM、XPS及氮气吸脱附测试对所制材料的形貌及结构进行表征,研究了溶液pH值、反应时间、溶液浓度以及温度对其吸附草甘膦行为的影响。结果表明,当pH为3时,MIL-101(Fe)对草甘膦的吸附效果最佳,且随着温度的升高,MIL-101(Fe)对草甘膦的吸附速率明显增加,吸附过程符合拟二级动力学,等温吸附实验数据符合Langmuir和Temkin模型。MIL-101(Fe)吸附草甘膦属自发吸热的化学吸附反应,MIL-101(Fe)的中心金属Fe与草甘膦中O的配位在吸附过程中起主要作用。     

Al3+改性膨润土负载壳聚糖对活性艳橙的吸附研究

探讨了Al3+改性膨润土负载壳聚糖复合吸附剂的制备及用其吸附处理活性艳橙的工艺条件.研究结果表明:膨润土在Al3+为10.0g.L、搅拌2 h的改性条件下吸附性能和过滤性能显著提高;当负载量为0.03g/g、复合吸附剂质量为5.0 g/L在最佳条件下即pH为6、温度为25℃、转速为150 r/min恒温振荡45 min对初始质量浓度为9.47 g/L的活性艳橙的脱色率达92%以上;复合吸附剂对活性艳橙的吸附符合朗缪尔(Langmuir)吸附等温式.     

Cr(Ⅵ)在改性蒙脱土上吸附行为的研究

采用溶胶-凝胶法制备了Ti-MMT和Ti-Si-MMT吸附剂,利用XRD,N2吸附-脱附和FTIR对样品进行表征,并考察了其对Cr(Ⅵ)的吸附,研究了改性蒙脱土吸附Cr(Ⅵ)的吸附动力学和吸附等温线。经改性后,钛硅成功进入蒙脱土层间使层间距由原来的1.53nm分别增大到1.78nm和1.86nm,比表面积由42.09m~2/g分别增大到110.53m~2/g和304.72m~2/g;相同条件下,对Cr(Ⅵ)去除率高低顺序依次是Ti-Si-MMT,Ti-MMT,MMT,其中Ti-Si-MMT去除效果最高可达98%以上,远高于Ti-MMT和MMT;Ti-Si-MMT和TiMMT吸附Cr(Ⅵ)过程均符合拟二级动力学模型和Langmuir等温方程,吸附机理主要是静电吸附和化学吸附。Ti-Si-MMT是一种处理含Cr(Ⅵ)废水有潜力的吸附剂。     

树脂负载PEI复合吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附去除性能研究

为了克服溶解性的聚乙烯亚胺(PEI)吸附重金属离子后难于从水中分离的应用难点,本文将PEI大分子通过戊二醛进行交联,使之固定到树脂的网状结构当中,制备负载PEI的纳米复合吸附剂(PEI-CMPS),并通过序批式静态吸附实验考察其对水中重金属Cr(Ⅵ)的吸附效果。结果表明:PEI-CMPS在酸性条件下能够更好地吸附Cr(Ⅵ),其吸附行为符合Langmuir模型,并且在14 h左右达到平衡,动力学行为符合准二级模型;在Cl~-、NO_3~-、SO■等竞争离子存在下,PEI-CMPS对Cr(Ⅵ)具备良好的吸附选择性。该复合吸附剂用NaOH进行脱附后可重复使用,但再生后的材料对Cr(Ⅵ)的吸附量明显下降。     

KH550改性膨润土对苯酚的吸附性能

为了提高膨润土对苯酚的吸附性能,以硅烷偶联剂KH550为改性剂,采用共沉淀法制备KH550改性膨润土。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X线衍射仪(XRD)、N_2吸附-脱附仪和热分析仪(TG)对样品性能进行表征,利用静态批处理方式研究KH550改性膨润土对苯酚的吸附作用。结果表明:改性后的土层片大小均匀,片层有褶皱、堆叠,可增加苯酚在单位体积吸附剂中的吸附位点;KH550接枝到膨润土的表面和层间,可增加层间距;改性膨润土具有微孔和介孔结构,KH550进入膨润土层间,可增大孔容,为苯酚进入膨润土层间提供空间;改性膨润土具有较好的热稳定性,为吸附剂热脱附再生提供有利条件。在苯酚初始质量浓度为200 mg/L、改性膨润土投加量为3 g/L、pH=7、温度为30℃、吸附时间为60 min时,改性膨润土的吸附量达到25.0 mg/g。改性膨润土对苯酚的吸附符合拟二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,改性膨润土吸附苯酚为放热、熵减过程。