【MIL-160(Al)】具有二氧化硫分离及烟气脱硫潜在应用的金属有机框架材料

首页 > 行业动态 > 【MIL-160(Al)】具有二氧化硫分离及烟气脱硫潜在应用的金属有机框架材料

摘要：
本文研究MOF-177、NH₂-MIL-125(Ti)和MIL-160三种MOF材料的SO₂吸附性能。MOF-177在293K、1bar下SO₂吸附量达25.7mmol/g（创纪录），后两者在低压力下吸附量高。MIL-160表现最优，兼具高IAST选择性、优异穿透性能及干湿SO₂环境稳定性，DFT计算揭示其吸附机理。

研究背景：
1. 行业问题和研究现状：SO₂有毒且污染环境，传统脱硫后仍有残留，还会影响其他烟气净化过程；MOFs是潜在吸附材料，但相关SO₂吸附研究较少。
2. 本文创新：系统研究三种不同特性MOF的SO₂吸附性能，结合多种表征与模拟，明确MIL-160的应用潜力，揭示其吸附机制。

实验部分：
1. MOF合成：按文献方法分别合成MOF-177（溶剂热法）、MIL-160（水相回流）、NH₂-MIL-125(Ti)（水热法），经洗涤、干燥活化。
2. 气体吸附实验：在1×10⁻³-1bar压力范围，测定三种MOF对SO₂、CO₂等气体在不同温度下的吸附等温线。
3. 穿透实验与模拟：采用模拟烟气组分，在293K、353K下进行MIL-160的穿透实验，并用3P sim软件模拟。
4. 稳定性测试：将MOF暴露于干湿SO₂环境，通过多轮吸附循环考察稳定性。
5. DFT计算：用Quantum-Espresso软件模拟MIL-160中SO₂的结合位点与结合能。

分析测试：
1. BET测试：MOF-177比表面积4100m²/g，MIL-160为1170m²/g，NH₂-MIL-125(Ti)为1560m²/g；MIL-160在干湿SO₂环境后比表面积变化小。
2. PXRD测试：MIL-160和NH₂-MIL-125(Ti)经SO₂暴露后晶型不变，MOF-177晶型改变。
3. 吸附性能测试：MOF-177最大SO₂吸附量25.7mmol/g；MIL-160在0.01bar下吸附量4.2mmol/g，293K时SO₂/CO₂ IAST选择性124-128。
4. DFT计算：MIL-160有三类SO₂结合位点，结合能分别为39.3、40.6、60.4kJ/mol。
5. 机理总结：MOF的比表面积、孔径及功能基团影响吸附性能，MIL-160因合适孔径与强相互作用表现最优。

总结：
1. 主要研究结果：明确三种MOF的SO₂吸附特性，MIL-160在选择性、稳定性等方面表现突出。
2. 创新突破：首次报道MOF-177超高SO₂吸附量，揭示MIL-160吸附机理，证实其烟气脱硫应用潜力。
3. 潜在意义：为高效SO₂吸附材料研发提供参考，推动MOFs在烟气净化领域的实际应用。

Metal−Organic Frameworks with Potential Application for SO₂ Separation and Flue Gas Desulfurization
文章作者：Philipp Brandt, Alexander Nuhnen, Marcus Lange, Jens Mollmer, Oliver Weingart, Christoph Janiak*
DOI：10.1021/acsami.9b00029
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b00029

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。