硼酸功能化MOFs/COFs多孔材料的制备及其吸附性能研究

来源 :广西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanqingilu
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硼酸功能化材料作为一种具有独特性能的吸附剂,已成为用于选择性分离和分子识别含顺二醇类化合物的重要媒介。通过硼酸功能化修饰,材料表现出几个重要的优势,包括可逆的共价结合、吸附和脱附过程可以由pH控制、快速的吸附和脱附动力学过程,以及和众多分析方法有良好的兼容性。含有顺二醇类化合物包括核苷、糖肽类抗生素等都是生物及环境分析中重要目标物质,对于这些物质的选择性吸附分离具有重要的意义。在过去的十年里硼酸功能化材料也获得了飞速的发展和更广泛的应用。但是硼酸功能化材料的实际应用中仍然存在一些问题,如功能化材料制备步骤较为繁琐、材料吸附分离性能有待提高等。通过选择性能优异的基体材料如金属-有机骨架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)、共价-有机骨架材料(Covalent-organic frameworks,COFs)进行硼酸功能化修饰,利用MOFs/COFs材料超大比表面积和发达的孔隙结构与硼亲和特异性吸附相结合,可以制备具有优异吸附性能的硼酸功能化材料。然而硼酸功能化MOFs材料仍存在一些不足,如硼酸功能化MOFs材料稳定性及晶体结构受硼酸有机配体影响,且微孔结构(<2nm)不利于吸附体积较大的顺二醇类分析目标物;COFs具有MOFs材料的优点,且克服了MOFs化学稳定性较差的缺点,但目前尚无硼酸功能化COFs材料的文献报道。因此设计合成具有化学稳定性好或具有分级孔的硼酸功能化MOFs材料,探索简便快速制备硼酸功能化COFs材料的新方法,对于拓展硼亲和材料具有重要的意义及良好的应用前景。论文研究内容具体如下:1.以MIL-101-Cr-NH2为基体材料,通过后修饰的方法合成硼酸功能化多孔材料(BA-MIL-101-Cr),利用硼酸基团和含顺二醇类物质的pH响应结合特性,用于选择性吸附含顺二醇结构化合物——木犀草素(LTL)。通过对材料进行微观结构,多孔性能,热稳定性等材料信息进行表征,证明该材料具有较大的比表面积和优异的化学稳定性。进一步分析吸附后所得的动力学参数和等温吸附数据,发现吸附过程更符合Langmuir模型和二阶动力学方程,对LTL的吸附量可以达到53.65 mg g-1,在连续5次重复使用之后还有高达89%的吸附分离效果。2.利用Zn-MOFs对酸不稳定的原理,用盐酸处理预先合成的双金属MOFs材料(Zr/Zn MOFs),达到增大材料孔径的目的。然后对处理后的材料进行硼酸功能化修饰,制成硼酸功能化分级孔MOFs材料(BA-HP-UIO-66)。通过对材料进行表征分析,发现BA-HP-UIO-66孔径大小由原来的0.8 nm扩大至3.8 nm,比表面积达630.91 m~2 g-1,且材料仍具有优异的热及化学稳定性。而后我们以分子体积较大的替考拉宁为模型物质,考察BA-HP-UIO-66的吸附性能。实验结果表明,经过孔径调控的分级孔材料相比微孔MOFs,对分子体积较大的目标物吸附性能有明显的提高,对替考拉宁的吸附量达288.97 mg g-1。3.以2,4,6-三羟基-1,3,5-苯三甲醛(Tp)、联苯胺(BD)和4-氨基苯硼酸为配体,一锅法快速制备合成硼酸功能化COFs材料(BA-Tp BD)。对所合成的BA-Tp BD材料用粉末X射线衍射、扫描电子显微镜、N2吸附-脱附表征、X射线光电子能谱等表征技术进行表征。结果表明,通过混合配体合成的BA-Tp BD仍具有Tp BD的晶体结构,并具有较大的比表面积和发达的孔隙。以茜红素S(ARS)为模型物质研究BA-Tp BD对顺二醇类化合物的吸附性能。结果显示BA-Tp BD对ARS吸附量达230.20mg g-1,此外材料也具有良好的重复使用性能。
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