PCM@MOFs多功能复合材料的制备及其在PCM协同下的恒温吸附行为研究

With the development of modern industry and technology, volatile and harmful gases bring great burden and harm to our environment and human health. Therefore, the effective removal of harmful gases is very necessary to ensure the cleanliness of the living environment. Metal organic framework materials (MOFs) have been widely used in the adsorption of pollutants due to their unique structural characteristics, but the adsorption capacity of MOFs depends heavily on ambient temperature, and it is often difficult to achieve higher adsorption capacity in some cases. Therefore, this project proposes to combine MOFs with polymer solid-solid phase transition materials (PCM), PCM @ MOFs multifunctional composites were prepared by monomer polymerization induced by using nanoparticles MOFs as suspension or dispersant. The latent heat released by solid-solid PCM in the phase transition process was used to change the temperature around MOFs, so as to achieve the isothermal adsorption of PCM @ MOFs at different ambient temperatures. The mechanism of synergistic action between MOFs and PCM was revealed through discussing the relationship between ambient temperature, PCM phase transition temperature and the adsorption capacity of PCM @ MOFs. This result not only provides a theoretical basis for the synthesis of adsorption materials with anti-temperature property, but also further expands the application of MOFs and polymer solid-solid PCM, and provides new ideas for the development of multifunctional composite materials.

随现代工业与科技的发展而产生的挥发性有害气体，给我们的环境及人类健康带来了极大的负担和危害，因此有效去除有害气体对保证生存环境的清洁是十分必要的。金属有机骨架材料（MOFs）因其独特的结构特点已广泛用于污染物吸附方面，但是其吸附能力与外界环境因素变化也密切相关，如温度，在某些情况下常常难以实现较高的吸附量。所以本项目提出将MOFs及高分子固-固相转变材料（PCM）进行复合，采用MOFs纳米粒子作为悬浮剂或分散剂诱导单体聚合制备PCM@MOFs多功能复合材料，利用PCM在相变过程中吸收/释放的潜热来改变MOFs局部温度，实现PCM@MOFs多功能复合材料在不同环境温度下的稳定吸附行为，并揭示MOFs和高分子固-固PCM之间的协同作用机制。这一结果不仅可使MOFs和高分子固-固PCM的应用领域得到进一步拓展，同时也为抗环境温度依赖性的新型多功能复合材料的合成发展提供了新的思路。

随现代工业与科技的发展而产生的挥发性有害气体，给我们的环境及人类健康带来了极大的负担和危害，因此有效去除有害气体对保证生存环境的清洁是十分必要的。金属有机骨架材料（MOFs）因其独特的结构特点已广泛用于污染物吸附方面，但是其吸附能力与外界环境因素变化也密切相关，在某些情况下常常难以实现较高的吸附量。所以本项目将MOFs及相转变材料（PCM）进行复合,利用PCM在相变过程中吸收/释放的潜热来改变MOFs局部温度，实现复合材料的高效吸附。在项目研究中，设计制备了多种PCM@MOFs多功能复合材料，并相应的阐明了每种PCM@MOFs复合材料中MOFs纳米粒子和PCM之间的作用机理，构建了温度与吸附行为的关系。同时在单独的PCM和MOFs的制备研究中，也揭示了高分子固-固PCM侧链长度与聚合物的结晶行为及相转变行为之间的关系规律，解决了固-液相变储能材料的封装问题，优化了催化剂和MOFs纳米粒子负载方式，进行了催化及吸附过程动力学分析，建立了可再生条件。项目执行期间，在国内外期刊上发表研究论文15篇，培养毕业硕士研究生3人，在读硕士5人，基本完成了本项目的预期目标，为MOFs和PCM的应用领域的拓展，和抗环境温度依赖性的新型多功能复合材料的合成发展奠定了研究基础。