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金属有机骨架材料(MOFs),也叫多孔配位聚合物(PCPs),是由无机金属离子或金属簇连接有机多齿桥联配体构成的多孔晶体固态。由于具有比表面积大、孔径大小可调节、孔表面可功能化等突出特点,被广泛应用于气体存储、气体分离和催化等研究领域,然而由于大多数MOFs的稳定性不高成为研究应用领域的主要缺点,具有优异稳定性的锆基金属有机骨架材料(Zr-MOFs)脱颖而出,逐渐引起人们的重视。本论文成功合成且表征了两种高度多孔且稳定的锆基金属有机骨架材料,并研究了它们在C4烃气体选择性吸附分离、高压甲烷存储方面的应用。1.两个稳定的锆基金属有机骨架材料的合成在本论文中,我们选用C3-对称的三羧酸配体:4,4’,4"-(1,3,5-苯)-1,1’,1"三萘甲酸(H3L1)和5,5’,5"-(1,3,5-苯)-1,1’,1"三萘甲酸(H3L2),采用溶剂热方法与Zr4+离子溶热反应合成了两个MOFs化合物ZJNU-30和ZJNU-31,对它们进行了粉末XRD衍射、红外光谱、热重分析等表征以及单晶X-衍射结构分析,ZJNU-30和ZJNU-31为同构晶体,都是由八面体笼与立方八面体笼多级组合的三维骨架结构,且在骨架中分子笼和通道共存。此外,我们着重研究了它们的热稳定性和水热稳定性,当活化样品暴露于空气一个月时,几乎没有观察到粉末X-射线衍射的变化及N2吸附量的损失,而活化样品在水或2 mol·L-1的盐酸中浸泡一周粉末X-射线衍射未发生改变但导致N2吸附量的一定程度的减少,这些结果表明这两个化合物具有较好的稳定性。2.Zr-MOFs在C4烃气体选择性吸附分离中的应用为了探究ZJNU-30对C4混合气体的分离能力,我们测试了在一个大气压,288 K、298K和308 K的条件下,ZJNU-30对C4气体各组分的平衡吸附等温线,溶液吸附理论(IAST)和模拟穿透实验分析表明ZJNU-30a对于1-丁烯/异丁烯/顺-2-分离丁烯/反式-2-丁烯混合物的分离效果最佳,在总压100 kPa时,吸附能力的顺序为:顺式-2-丁烯>反式-2-丁烯>1 丁烯>异丁烯。这表明ZJNU-30a在丁烯异构体混合物分离方面具有很好的潜在应用价值。3.Zr-MOFs在高压甲烷存储中的应用系统地研究了 ZJNU-30和ZJNU-31这两个化合物对甲烷的吸附性能,研究结果表明这两个化合物对甲烷表现出可观的吸收能力。在298 K、65 bar条件下,ZJNU-30和ZJNU-31在单位体积内储甲烷量分别为179.3和135.7 cm3(STP)· cm-3,在5～65 bar工作区间内,单位体积内甲烷释放量分别为151.9和115.4 cm3(STP)·cm-3。相比较已报道的锆MOFs和甲烷存储性能较好的的材料,数值较高。良好的甲烷吸附能力和水稳定性使其作为甲烷存储材料具有很大的吸引力。