在化学和制药工业生产中,分离是生产纯净化合物的关键,并且分离成本通常在总生产成本中占据相当大的比重。目前化工分离过程中应用较多的是传统的蒸馏法,然而对于组分性质近似的混合体系,蒸馏法存在一定的局限性:或组分难以分离,或能源耗费过大。吸附分离,作为一种相对环保节能的分离方法,在工业生产中得到了越来越多的使用,它的效率主要取决于吸附剂的性质。金属—有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是一种新型的多孔功能材料,其具有独特的多孔性和结构多变性,在吸附分离方面表现出了良好的应用潜力。然而,MOF材料常有稳定性差及成本高等缺点,尚未能在工业生产中实际应用。MOF复合材料的开发能在一定程度上缓解这一问题。本论文旨在研究液相中不同污染物的脱除,借助MOF材料及其复合材料的巨大优势,系统地研究了液相中MOF材料对污染物的吸附行为,在理解吸附机理的基础上针对特定体系开发了高效的新型MOF复合材料。主要内容如下:1、吸附过程始终伴随着范德华力,考察吸附剂孔径对吸附体系范德华力的影响对于选择性能优良的吸附剂意义重大。本工作以水稳定的UiO-66材料作为研究对象,考察了不同孔径的MOF材料对有机物大分子的吸附性能,重点探究了孔径对吸附速率和吸附量的影响。合成了一种微孔(0.5～0.7nm)和三种介孔(4.0nm、9.6nm、12.3nm)UiO-66,分别以染料分子(甲基橙和直接蓝86(DB86))、药物分子(利福平)、蛋白质分子(牛血清白蛋白)和球形单分子MOP作为被吸附物质,测定了不同孔径下吸附量随接触时间的变化。实验结果表明,在吸附质分子可以进入吸附剂材料的前提下,吸附剂孔径越接近吸附质分子尺寸,吸附速率越大,而吸附量在材料孔径为吸附质分子尺寸2～3倍左右时较高。2、高浓度大分子染料的完全脱除对于多孔材料来说仍然存在很大的难度。针对这一问题,选择了具有超高比表面积的介孔NH2-MIL-101(Al)作为吸附剂,考察了该材料对水溶液中的直接蓝86的吸附脱除能力。研究发现,即使在DB86浓度高达1200mg·L-1时,NH2-MIL-101(Al)对其脱除率都能达到100%,通过测试吸附等温线得出最大吸附量是1531 mg·-1,在已报导的材料中属于最高水平。除了超高的比表面积外,NH2-MIL-101(Al)材料骨架上的-NH2因质子化作用带正电,可以与带负电的DB86分子形成较强的静电相互作用,是促成吸附过程中的主要动力。该研究说明NH2-MIL-101(Al)是一种潜在的阴离子染料高效吸附剂。3、考虑到MOF材料在成本和稳定性方面的劣势,本论文以廉价的碳纳米管(CNTs)作为添加剂,成本较低的MIL-68(Al)作为母体材料,制备了一系列CNT@MOF复合材料。研究发现,CNTs的加入能够使复合物中的MIL-68(Al)颗粒尺寸变小,尺寸分布变均匀。在工业所需浓度范围内,CNTs掺杂量为0.75 wt%的CNT@MIL-68(Al)复合材料比纯MIL-68(Al)材料对水溶液中苯酚的吸附量可提高188.7%。分析其原因在于CNTs的复合在材料中引入了孔径较小的微孔,对苯酚有更大的吸附力,同时更小的颗粒尺寸使MIL-68(A1)具有更大的外表面,能够在吸附过程中接触到更多的苯酚分子。另外,CNT@MIL-68(A1)也表现了良好的再生性能,有望用于工业分离提纯。4、考虑到与尺寸较长的CNTs复合可能限制MIL-68(Al)颗粒在吸附时的分散性,从而影响吸附性能的进一步提高,本研究进一步选择颗粒尺寸约几十纳米的SiO2微球作为添加剂制备了新型复合材料,发现SiO2@MIL-68(Al)同样具备尺寸分布均一的小颗粒以及分布集中的小微孔(11～12A)。当Si02的掺杂量在7 wt%时,复合材料对于苯胺的最大吸附量达到531.9 mg·g-1,超过了当前报道的绝大部分材料。与CNTs复合的MIL-68(Al)不同的是,吸附在40s的极短时间内即能达到平衡,其原因在于纳米尺度的SiO2球与MIL-68(A1)复合得到的材料分散性更好,在吸附时可以更多的与苯胺分子接触,从而大大加快了吸附中的传质过程。