MOFs材料的控制合成及捕获温室气体应用研究

Warming is the global environmental problem that is recognized by the international community, carbon dioxide is the biggest greenhouse gas contributions to global warming, is also key indicators of international evaluation of greenhouse gas emissions. In the 1970-2004 period, Annual CO2 emission is from 21 billion tons to 38 billion tons, Increased by about 80%. Since the mid-20th century, The frequency of occurrence of extreme weather is increased 70 in the 1990s from 10 in the 1950s, which is increased by nearly six times. The average annual economic losses caused by extreme weather increased approximately $ 400 billion in the 1990s from $ 40 billion to in the 1950s. The average annual economic losses caused by unusual weather events increased by nearly 10 times. Therefore, carbon dioxide capture and utilization (CCU) has become one of the focus of attention of governments and researchers around the world..This project intends to control the synthesis of new metal-organic frameworks (MOFs) materials by the method of proliferation, and use the material as an efficient scavenger of greenhouse gas CO2. We will use the capture agent to adsorption and desorption CO2 experiment, Study the stability and reproducibility of MOFs, and study the adsorption process and its mechanism..The project tyr to use new materials control the greenhouse gas CO2. It has an important social and environmental significance.

气候变暖是国际社会公认的全球性环境问题，CO2是对全球变暖贡献最大的温室气体，也是国际温室气体排放评价的关键指标。在1970至2004年期间，CO2年排放量从210亿吨增加到380亿吨，大约增加了80%。20世纪中期以来，天气异常现象发生的频率越来越高，由50年代的10多次，上长升到90年代的70多次，增长了近6倍，造成的年均经济损失由约50年代的40亿美元，骤增到90年代的约400亿美元，天气异常事件导致的年均经济损失增长了近10倍。因此，温室气体CO2的捕集和利用技术已经成为世界各国政府及研究人员关注的焦点之一。.本项目拟采用扩散等方法控制合成新型MOFs材料，并将其作为温室气体CO2新型高效捕获剂，应用MOFs对CO2进行吸附和解吸实验，考察MOFs的稳定性、再生等问题，并研究吸附工艺和吸附机理。.本课题寻求用MOFs等新材料控制温室气体CO2，具有重要社会意义和环境意义。

气候变暖和酸雨是全球性二大环境问题，近些年来有加剧和蔓延态势，CO2和SO2气体的大量排放是主要原因之一。本课题用溶剂热法合成了8种金属配合物材料；用X射线单晶衍射、红外光谱和X射线粉末衍射等方法，表征材料化学成分和结构；应用合成材料吸附CO2和SO2气体实验，作PCT测试，动力学测试，根据动力学和热力学参数，分析吸附过程和机理。.在溶剂热条件下，以5-(3-吡啶基)间苯二甲酸为半刚性羧基，合成3种材料 [Mn(pyip)(H2O)2]n，[Zn(pyip)(H2O)2]n和[ Pb(pyip)]n。分析其结构，均为三维超分子结构，前二者分别以Mn2+，Zn2+为金属中心，均为P6(5)空间群，配位模式也相同； [ Pb(pyip)]n属于单斜晶系，P2(1)/c空间群，其两个羧基配位模式分别为双齿螯合与四齿桥式螯合。另外，含铝MOFs材料(Al12O(OH)18(H2O)3(Al2(OH)4)[btc]6•24H2O)， SBET=507 m2/g，在温度为40℃，P=20bar时，QCO2=25mmol/g，QSO2=5mmol/g，对CO2的吸附性能远远高于SO2。主要原因是CO2分子直径小于孔径，在各种分子力作用下可以粘附在微孔表面，而很大一部分SO2分子不能进入微孔，大大削弱了该MOFs材料对SO2分子的吸附能力；温度为40℃吸附达到平衡时，TSO2=7小时，QSO2=2.31mmol/g；吸附温为80℃时，TSO2=4小时，QSO2=5.15mmol/g。吸附温度升高加剧了热运动，促进了SO2分子在微孔上的扩散和粘附。金属配合物[ZnNa(H3btc)(H2O)2]· (H2O)2，为无色棒状晶体，属三斜晶系，比表面积为262.7 m2/g，孔体积为0.6 cm3/g，平均孔径为1.2nm；热重分析显示，在350℃～580℃时，材料结构坍塌分解； Ea(CO2)= 5.1 kJ/mol, Ea(SO2)= 5.2 kJ/mol, (CO2)= -22.4kJ/mol, (SO2)= -7.2 kJ/mol, (CO2)= -90.0 J/mol•k, (SO2)= -40.6 J/mol·k，吸附结果表明，该过程为单分子层物理吸附，符合二级动力学方程，且能自发达到平衡。.课题组应用所合成的新材料控制气态污染物，具有一定的研究价值和社会意义。