随着聚氯乙烯工业和氯甲烷工业的快速发展,氯代挥发性有机化合物(Chlorinated volatile organic compounds,Cl-VOCs)对环境造成巨大的破坏,危害人类健康,其监测和治理迫在眉睫。目前常用的治理方法有:吸附法,热焚烧法,生物处理法,光催化氧化法和电化学法等。吸附法由于设备简单,吸附剂可循环使用等优点成为首选,其关键是选择合适的吸附剂。常用的吸附剂主要有活性炭,沸石分子筛,硅胶和活性氧化铝等。与这些传统的吸附剂相比,一种新型的多孔材料即金属有机骨架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)或者多孔配位聚合物(Porous coordination polymer,PCPs)受到了广泛的关注。MOFs是由无机次级结构单元(inorganic secondary building units,SBUs)和桥联的有机配体组成的,由于其具有很高的比表面积,大的孔容和均一可调的孔径所以被广泛的应用于气体吸附和分离,催化剂和化学传感器等研究领域,但对于氯代气体的吸附和分离的研究尚未开始。MOFs材料具有其得天独厚的优势:孔道的大小、比表面积、活性位点和刚柔性都是可以通过合理地选择金属离子和有机配体来进行分子调控。因此,如何利用分子调控的手段来制备MOFs材料,从而实现对氯代气体的高容量,高选择性的吸附和分离也就成了科学家们研究的热点。本论文的主要内容和创新点如下:1.根据分子筛效应针对要吸附和分离的目标气体选择孔径合适的MOFs材料,系统全面的从材料的制备、表征和孔结构性质等方面进行研究,再具体研究目标气体的吸附和分离过程,主要包括热力学、动力学和吸附机理等方面。在本论文的第三章中,我们制备了一种典型的铜基金属有机骨架材料HKUST-1,详细研究了二氯甲烷和三氯甲烷这两种Cl-VOCs在其上的吸附和分离过程。此外,还通过理想溶液吸附理论(ideal solution adsorbed theory,IAST)来预测得到二氯甲烷和三氯甲烷双组份混合气体的吸附选择性和扩散选择性,在318 K和2.8 kPa的条件下吸附选择性为3.04,扩散选择性为8.93。在上述研究的基础上,深入探讨了 HKUST-1对二氯甲烷和三氯甲烷吸附和分离过程的机理。2.对金属有机骨架中的有机配体进行功能化修饰,进而增强其对氯代气体的吸附容量和吸附选择性,从而达到分离的目标。在本论文的第四章中,我们制备了两种典型的MOFs材料,即MOF-5和与其结构类似的带有氨基的IRMOF-3,然后系统的研究了其对二氯甲烷和三氯甲烷的吸附和分离过程。结果表明,尽管IRMOF-3由于氨基的存在使孔径和孔容变小,但与MOF-5相比,其对二氯甲烷和三氯甲烷的吸附容量分别提高了 24.5%和27.4%。进一步通过IAST计算得到二氯甲烷和三氯甲烷双组份混合气体在IRMOF-3的吸附选择性和扩散选择性为5.62和3.88,高于MOF-5。吸附容量、吸附选择性和扩散选择性的增加都是由于IRMOF-3上的氨基与氯代气体相互作用增强导致的结果。3.从无机化学的角度出发,可以对作为框架节点的金属团簇做设计来实现对MOFs材料结构和性能的进一步调控,特别是在金属团簇上引入金属空配位来增强其气体吸附能力。在本论文的第五章中,我们在经典的锌基金属有机骨架材料MOF-5中成功的掺杂铜元素,在溶剂热晶化过程中,铜元素可以成功的取代金属团簇上的锌元素从而形成双金属的MOFs材料。然后系统的研究了铜掺杂浓度对晶体结构和气体吸附性质的影响,对所有脱除溶剂后的样品的BET比表面积测试表明在铜掺杂浓度≤0.125时,MOF-5的BET比表面积随着铜掺杂量的升高而减小,但当铜掺杂浓度>0.125时,BET比表面积随着掺铜含量的增加而增大,当掺铜浓度达到1.0时,比表面积值达到最大。这项工作率先实现了在金属有机骨架MOF-5材料的金属节点上掺杂不同量的铜元素取代原有锌元素,并系统的研究了金属元素取代量的不同对晶体结构和吸附性质的影响。4.在第四章和第五章分别研究了有机配体的功能化修饰和金属团簇的金属元素取代后,决定对MOFs材料的复合材料进行探索,进而研发针对氯代气体的荧光传感器。在本论文的第六章中,我们成功的通过两步溶剂热法制备了一种新颖的ZnO纳米颗粒与金属有机骨架材料MOF-5的复合材料。ZnO纳米颗粒的包覆有效的增强了 MOF-5的水稳定性,从而使得ZnO/MOF-5具有耐潮解的特性,大大的拓宽了其应用范围。此外,通过测试这种复合材料的光致发光性质,发现其光致发光光谱的峰位置在460 nm和550 nm处。目前此项工作只研究了前期,为实验室后期氯代气体的荧光传感器的研究和探索奠定了基础。