磺酸基、羧基和碘基功能化UiO-66框架对CO₂相对于CH₄选择性的增强

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摘要：
本文采用溶剂热法合成三种功能化UiO-66-X（X=-SO₃H、-CO₂H、-I）框架，通过多种手段表征其结构与性能。结果表明，这些化合物热稳定性良好，在水、乙酸和1M HCl中结构稳定，且对CO₂/CH₄吸附选择性高于未功能化UiO-66，具有沼气提纯潜力。

研究背景：
1.行业问题和研究现状：传统吸附剂CO₂捕集性能待提升，部分MOFs虽有潜力但理化稳定性差；UiO-66稳定性好，功能化可改善吸附性能，然此前UiO-66-SO₃H脱客体分子后不稳定。
2.本文创新：改进合成路线获稳定UiO-66-SO₃H，还制备羧基、碘基功能化UiO-66，探究其稳定性与CO₂/CH₄吸附选择性。

实验部分：
1.材料合成：用不同锆盐、BDC-X linker、调节剂在极性酰胺溶剂中溶剂热反应合成三种化合物，如1-AS用ZrOCl₂·8H₂O、BDC-SO₃Na等在DMA中150℃反应24h，产率85%。
2.活化处理：AS型化合物经DMF、甲醇交换，65℃真空加热24h得活化型。
3.气体吸附实验：测N₂、CO₂、CH₄吸附等温线，298K下做CO₂-CH₄穿透实验。

分析测试：
1.XRPD：三者与UiO-66同构，活化后晶格参数相近，如1的a=20.824(1)Å，在水等中保持结晶性。
2.DRIFT：AS型有客体分子特征峰，活化后减弱，如1-AS在1658cm⁻¹有-CO₂H峰。
3.TGA：1、2、3分别稳定至260、340、360℃，AS型失重对应客体移除，与计算值吻合。
4.气体吸附：活化后比表面积769-842m²/g，25bar、33℃时2的CO₂吸附量6.4mmol/g，三者CO₂/CH₄选择性4.5-5.2，高于UiO-66的2.6。

总结：
1.主要研究结果：合成三种稳定功能化UiO-66，明确其结构、稳定性及CO₂/CH₄吸附性能。
2.创新突破：获稳定UiO-66-SO₃H，功能化UiO-66选择性更高。
3.潜在意义：为沼气提纯提供材料参考，验证理论预测。

Enhanced Selectivity of CO₂ over CH₄ in Sulphonate-, Carboxylate- and Iodo-Functionalized UiO-66 Frameworks
文章作者：Shyam Biswas, Jian Zhang, Zhibao Li, Ying-Ya Liu, Maciej Grzywa, Lixian Sun, Dirk Volkmer, Pascal Van Der Voort
DOI：10.1039/c3dt32288b
文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2013/dt/c3dt32288b

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