基于木材干燥VOCs吸附的Mg-MOFs材料研究

来源 :内蒙古农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:y358549797
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随着我国社会经济水平的不断提升,工业发展为社会带来了效益,同时也排出了大量的有机废气,其中含有VOCs的废气是较为严重的一项,不但污染了大气环境,也给人们的健康带来了严重的危害,因而由挥发性有机物所引起的大气污染问题成为当今全社会共同关注的焦点问题之一。在木材加工过程中,木材干燥作为生产的第一步,总会伴随着木材特定VOCs废气的产生。本文选择木材干燥过程中VOCs含量相对较高且具有代表性的α-蒎烯、β-蒎烯、苯、四氯化碳四种气体为主要研究对象,根据四种气体的分子结构和化学性质,针对性的设计了两种新型的碱土金属-有机骨架吸附材料Mg-MOFs-IMA-1和Mg-MOFs-IMA-2,并对上述四种VOCs气体进行吸附去除研究。主要研究工作及内容如下:1.选用碱土金属Mg作为中心离子,无水乙醇作为溶剂,使其与配体异烟酸(即4-吡啶甲酸)反应,成功制备出一种新型的单晶吸附材料[Mg(Ina)2]n,命名为Mg-MOFs-IMA-1。对其进行单晶结构分析,发现材料的分子结构属于单斜晶系,是微孔材料。利用透射电镜、比表面积等技术对Mg-MOFs-IMA-1单晶材料进行表征,材料表现出良好的热稳定性。2.选用碱土金属Mg作为离子中心,与主配体2,2’-联吡啶-4,4’-二甲酸(即4,4’-联吡啶二羧酸)反应,同时在辅助配体N,N-二甲基甲酰胺的作用下成功制备出一种新型微米级的3D配合物[Mg(Bpdc)(DMF)2]n,命名为Mg-MOFs-IMA-2。对其进行单晶结构分析,发现该材料的分子结构属于单斜晶系,孔道尺寸为15.733(?)×23.736(?),是介孔材料。利用透射电镜、比表面积等技术对Mg-MOFs-IMA-2单晶材料进行表征,材料在中高温的环境下表现出良好的热稳定性。3.将两种新型的单晶吸附材料对国产樟子松材在高温/常规干燥过程中所释放的特定的四种VOCs气体进行吸附研究。结果表明,两种材料在吸附过程中,既存在物理吸附,也存在化学作用力。Mg-MOFs-IMA-1吸附材料对α-蒎烯的最大吸附量为10.854mg/g;对β-蒎烯的最大吸附量为2.275mg/g;对苯的最大吸附量为8.285mg/g;对四氯化碳的最大吸附量为8.354mg/g。Mg-MOFs-IMA-2吸附材料对α-蒎烯的最大吸附量为18.316mg/g;对β-蒎烯的最大吸附量为144.418mg/g;对苯的最大吸附量为182.261mg/g;对四氯化碳的最大吸附量为19.602mg/g。两种吸附材料对四种气体的吸附量存在差异,这是由于Mg-MOFs-IMA-1、Mg-MOFs-IMA-2两种材料的孔径大小不同。在吸附过程中,四种VOCs气体与吸附材料的吸附机理存在差别,且因气体尺寸大小不同,两种吸附材料对四种气体的吸附量也不同。试验结果表明两种新型吸附材料对α-蒎烯、β-蒎烯、苯、四氯化碳均具有较好的吸附性能。
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