室温下硫化氢在MIL-53(Al, Cr, Fe)/MIL-47(V)/MIL-100(Cr)和MIL-101(Cr)金属有机框架中吸附的比较研究

首页 > 行业动态 > 室温下硫化氢在MIL-53(Al, Cr, Fe)/MIL-47(V)/MIL-100(Cr)和MIL-101(Cr)金属有机框架中吸附的比较研究

摘要：
本文首次实验研究了多种多孔金属有机框架（MOFs）对硫化氢（H₂S）的吸附性能，包括吸附等温线及再生性分析。结果显示，MIL-100(Cr)和MIL-101(Cr)在2 MPa下H₂S最大吸附量分别为16.7、38.4 mmol/g；MIL-47(V)为14.6 mmol/g；MIL-53(Cr, Al, Fe)呈现两步吸附，高压下最大吸附量分别为13.12、11.77、8.53 mmol/g。MIL-47(V)和MIL-53(Al, Cr)可通过真空处理再生，MIL-53(Fe)则被H₂S破坏，表明特定MOFs在H₂S吸附中稳定且易再生，为天然气净化提供可能。

研究背景：
1.行业问题和研究现状：天然气需去除含硫污染物，胺处理技术为主，但多孔固体可降低硫含量。多数多孔固体吸附H₂S时存在化学吸附或再生成本高的问题，MOFs对硫化合物的吸附研究限于噻吩衍生物，其在活性物种中的稳定性研究较少。
2.本文创新：首次系统研究多种MOFs对H₂S的吸附性能，分析吸附等温线和再生性，发现部分MOFs稳定且易再生，为H₂S吸附及天然气净化提供新方向。

实验部分：
1.材料制备与活化：合成MIL-47(V)、MIL-53(Al, Cr, Fe)、MIL-100(Cr)和MIL-101(Cr)，MIL-53(Cr, Al, Fe)、MIL-100(Cr)、MIL-101(Cr)在393.1 K真空脱气，MIL-47(V)在473.1 K脱气。结果：获得符合结构特征的MOFs材料。
2.吸附性能测试：用高压磁悬浮天平在303.1 K、0-2 MPa下测H₂S和CH₄吸附等温线，重复实验验证 reproducibility。结果：得到各MOFs的H₂S吸附等温线，MIL-101(Cr)吸附量最高；CH₄吸附测试表明MIL-47(V)和MIL-53(Al, Cr)再生后性能不变。
3.再生性测试：不同温度真空处理后测吸附性能，分析结构稳定性。结果：MIL-47(V)和MIL-53(Al, Cr)在393.1 K真空处理8 h可再生，MIL-101(Cr)和MIL-100(Cr)再生后性能略有下降，MIL-53(Fe)被破坏。

分析测试：
1.吸附等温线分析：MIL-100(Cr)和MIL-101(Cr)呈Ⅰ型等温线，亨利常数分别为72.9、61.3 mmol·g⁻¹·MPa⁻¹；MIL-47(V)呈类Ⅰ型，亨利常数47.0 mmol·g⁻¹·MPa⁻¹；MIL-53系列呈两步吸附，第一步起始压力分别为4.5、9.0、9.0 kPa。
2.结构与稳定性分析：BET表面积MIL-101(Cr)为2600±40 m²/g，再生后2550±40 m²/g；MIL-100(Cr)为1900±50 m²/g，再生后1650±50 m²/g。MIL-53(Fe)与H₂S反应生成黑色粉末和对苯二甲酸。
3.结果揭示：大孔MOFs吸附量高但部分不可逆；MIL-53的两步吸附源于“呼吸效应”，H₂S与OH基团强相互作用导致孔闭合，高压下 reopening；MIL-47(V)无OH基团，吸附行为稳定，H₂S/CH₄选择性约30。

总结：
1.主要研究结果：不同MOFs对H₂S吸附性能差异显著，MIL-101(Cr)吸附量最高，MIL-47(V)和MIL-53(Al, Cr)可有效再生。
2.创新突破：首次系统报道MOFs对H₂S的吸附特性，阐明MIL-53的“呼吸效应”对吸附的影响，发现部分MOFs的良好再生性。
3.潜在意义：为天然气脱硫提供新型吸附材料，推动MOFs在气体净化中的应用。

Comparative Study of Hydrogen Sulfide Adsorption in the MIL-53(Al, Cr, Fe), MIL-47(V), MIL-100(Cr), and MIL-101(Cr) Metal-Organic Frameworks at Room Temperature
文章作者：Lomig Hamon, Christian Serre, Thomas Devic, Thierry Loiseau, Franck Millange, Gérard Férey, Guy De Weireld
DOI：10.1021/ja901587t
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ja901587t

本文为科研用户原创分享用于学术宣传交流，具体内容请查阅上述论文，如有错误、侵权等请联系修改、删除。未经允许第三方不得复制转载。