High-Throughput Synthesis of Zeolitic Imidazolate Frameworks and Application to CO 2 Capture

Zif-8吸附剂对水中重金属离子的吸附性能研究

潘柯;樊洁;赵强

【摘 要】Heavy metal ion pollution has become a hotspot in recent years.

The zeolitic imidazolate frameworks belong to a kind of microporous

material with tunable apertures and chemical properties and have

functional interactions with heavy metals icons,which can play a great role

in the treatment of water pollution. The optimal adsorption conditions of

the modified adsorbent were explored in different adsorption conditions

such as pH level of 5.8 ~7.8, adsorption temperature of 20~45℃ and

dosage of adsorbent of 12 g/L. The objective provided theoretical

reference for the practical application of ZIFs in the treatment of real waste

water.%重金属离子污染成为近年来学者关注的热点.沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)是一类具有可调整孔洞大小及化学性质的多孔材料,可作为一种优良的重金属离子的吸附剂,能在水污染治理中发挥较大作用.实验考察Zif-8吸附剂在不同的吸附条件下的使用差别,探究出较好吸附剂使用条件温度在20~45 ℃间,pH为5.8~7.8,投放量为12 g/L.以期为ZIFs材料应用于实际污染水体的处理提供理论支撑.

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硕士学位论文UiO-66-NH

2合成及其应用研究

作者姓名：万林林指导教师:黄爱生研究员中国科学院宁波材料技术与工程研究所

学位类别:理学硕士

学科专业:有机化学

研究所:中国科学院宁波材料技术与工程研究所

二零一七年五月StudyontheSynthesisandapplicationofUiO-66-NH2

By

LinlinWan

ADissertationSubmittedto

UniversityofChineseAcademyofSciences

Inpartialfulfillmentoftherequirement

Forthedegreeof

MasterofNaturalScience

NingboInstituteofMaterialsTechnology&Engineering,

ChineseAcademyofSciences

May,2017摘要

I摘要

金属有机框架材料(MetalOrganicFrameworks,MOFs)是近几十年来迅猛发

展的一类材料，它是由金属团簇和有机配体通过配位键自组装而成的一类三维多

孔晶体化合物。MOFs材料具有固定孔隙、高结晶度、高比表面积、优良的可调

节性和功能化性能，使得其在气体吸附，催化，药物传输和传感器方面有巨大的

应用潜力。但由于现存的大多数MOFs材料稳定性不高，使得其在工业上的应

第44卷第4期2021年4月核技术NUCLEARTECHNIQUESVol.44，No.4April2021

040301-1ZIF-8负载柠檬酸包覆纳米零价铁复合物

的制备及其对U(VI)的吸附性能研究

何江1,2,3高飞1张峰1冯峰1石仕泷2刘军2

1（中国检验检疫科学研究院食品安全研究所北京100176）

2（成都理工大学核技术与自动化工程学院成都610059）

3（四川省原子能研究院成都610101）

摘要合成了一种ZIF-8负载柠檬酸包覆的纳米零价铁复合物（nZVI@CA/ZIF-8），并研究了其对U（VI）的吸附

性能和机理。研究表明：nZVI@CA/ZIF-8对U（VI）的吸附量随着初始pH、U（VI）初始浓度和温度的升高而增

大，在较高钠离子浓度（0.5mol∙L-1）条件下依然保持较好的吸附U（VI）性能。在铀初始浓度为50.00mg∙L-1、

pH为4.0、反应温度为25℃的条件下，复合物对U（VI）的平衡吸附量约达到（110.0±5.0）mg∙g-1。该吸附过程表

现为自发吸热的单层表面化学吸附，可用准二级动力学和Langmuir等温模型加以描述。比表面积（Brunauer-

Emmett-Teller，BET）测试结果表明：nZVI@CA/ZIF-8具有多孔结构和较大比表面积（1271m²∙g-1）。X射线衍射

（X-rayDiffractionSpectra，XRD）、扫描电镜和能谱仪（ScanningElectronMicroscopy-EnergyDispersive

Spectroscopy，SEM/EDS）证实了nZVI@CA/ZIF-8兼具ZIF-8和nZVI的晶体结构及显微形貌。X射线光电子能

谱（X-rayPhotoelectronSpectroscopy，XPS）和红外光谱（FourierTransformInfraredSpectra，FTIR）分析结果表明：

U（VI）能被nZVI颗粒还原为U（IV），并以UO2形式赋存于复合物表面，nZVI@CA/ZIF-8亦可通过形成Zn-O-U

I

摘 要

沸石咪唑酯骨架结构（ZIFs）材料作为一类新型金属有机骨架（MOFs）材料，不

仅具有MOFs材料的高比表面积、结构和功能的可调性等特点，而且具有更好的热和化

学稳定性，特别是能在水中稳定存在。因此，ZIFs材料在气体存储、吸附分离等领域

呈现出巨大的应用前景。本论文致力于不同拓扑结构的ZIF-67、ZIF-69材料的合成、

表征及吸附性能研究。主要研究内容与结论如下：

（1）采用常规溶剂法，在室温下，以Co2+和2-甲基咪唑（mIm）为原料制备ZIF-67

晶体材料。通过单一变量法，考察钴盐的选择、Co2+与mIm的摩尔比、加料顺序对ZIF-67

晶体形貌的影响。采用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微

镜（SEM）、热重分析（TG）对材料进行表征。实验得到的ZIF-67的优化合成条件为：

Co(NO

3)

2·6H

2O与mIm的摩尔比为1:8，原料同时溶解于甲醇中，所合成的ZIF-67晶体

为规整的菱形十二面体，且颗粒粒度分布均匀，直径约为200 nm。

（2）通过静态吸附过程研究了ZIF-67对苯酚的液相吸附性能，并运用Langmuir

吸附等温方程对苯酚的吸附动力学进行拟合。考察了温度、初始浓度、pH对苯酚吸附

性能的影响。实验结果表明：ZIF-67吸附苯酚的适宜条件为：吸附时间为2 h，pH为

9.0，吸附温度为298 K。其吸附能较好的满足Langmuir吸附等温方程，说明单分子层

吸附占主导地位。

（3）采用常规溶剂法，在室温下，以Zn2+，2-硝基咪唑（nIm），5-氯苯并咪唑（cbIm）

为原料制备ZIF-69晶体材料。通过单一变量法，考察Zn2+与nIm，cbIm的浓度、加料

顺序、晶化温度对ZIF-69晶体形貌的影响。采用XRD、SEM对材料进行表征。实验得

到的ZIF-69的优化合成条件为：室温下，Zn2+逐滴加入nIm和cbIm的混合体系中，且

反应物浓度为0.1 mol/L，所合成的ZIF-69晶体为规整的六角棱柱，且颗粒粒度分布均