ZIF-8@PAN纳米纤维膜基多孔碳材料的制备及对镉离子的吸附性能

主要将通过磁控溅射技术制备所得的氧化锌@聚丙烯腈(ZnO@PAN)静电纺丝纳米纤维膜材料,利用溶剂热反应合成金属有机框架材料ZIF-8@聚丙烯腈(ZIF-8@PAN)纳米纤维膜材料,后经过900℃高温煅烧工序制备ZIF-8@PAN纳米纤维膜基多孔碳材料,并将其应用于水体中重金属离子镉的吸附。X射线衍射、红外光谱、扫描电镜分析表征结果表明,ZIF-8成功地在PAN纳米纤维膜上原位生长,经过高温煅烧,ZIF-8的结构并未明显改变。ZIF-8@PAN纳米纤维膜基多孔碳材料在水溶液中对镉离子具有良好的吸附效果。探究证明,吸附过程中,在溶液为中性条件下,且水浴加热35℃时,镉离子吸附效果最好,吸附效率最高可达到88%左右。     

沸石咪唑酯骨架材料-8的合成及其膜的制备研究进展

ZIF-8作为一种典型的沸石咪唑酯骨架材料,在气体储存、吸附/分离、催化和传感领域内有着广泛的应用。综述了ZIF-8的合成方法,如溶剂热法、微波合成、室温合成、微流控合成。阐述了各种合成方法的特点;分析了室温合成ZIF-8的策略;强调了微流控技术在连续、快速和可控制备ZIF-8方面的潜力。同时也简要综述了ZIF-8薄膜的制备方法,包括直接合成、二次生长法、表面功能化、特殊播种法以及逆扩散法。     

ZIF-8-SiO2的制备及其对U(Ⅵ)的吸附

以沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF-8及硅酸四乙酯(TEOS)为原料制备ZIF-8-SiO_2复合材料,并采用XRD、SEM、EDS等方法对ZIF-8-SiO_2的结构及吸附U(Ⅵ)前后的形貌进行表征,结果表明ZIF-8-SiO_2成功制备且对U(Ⅵ)具有良好的吸附作用。以静态吸附实验,分别考察了pH值、时间、温度、溶液初始铀浓度、盐浓度及超高压环境等对ZIF-8-SiO_2吸附性能的影响。由实验结果可得,在初始浓度为80 mg·L~(-1)时,25℃下ZIF-8-SiO_2对U(Ⅵ)的最大实际吸附量为498 mg·g~(-1),根据Langmuir模型拟合结果分析得出,ZIF-8-SiO_2对U(Ⅵ)的理论吸附量最高可达678.5 mg·g~(-1),且在200～500 MPa范围内,压强越高越有利于吸附。通过FTIR、XPS等方法对ZIF-8-SiO_2吸附铀酰离子前后的结构进行分析,探究该吸附过程中可能存在的吸附机制。     

ZIF-8-SiO2的制备及其对U(VI)的吸附

以沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF-8及硅酸四乙酯(TEOS)为原料制备ZIF-8-SiO₂复合材料,并采用XRD、SEM、EDS等方法对ZIF-8-SiO₂的结构及吸附U(VI)前后的形貌进行表征,结果表明ZIF-8-SiO₂成功制备且对U(VI)具有良好的吸附作用。以静态吸附实验,分别考察了pH值、时间、温度、溶液初始铀浓度、盐浓度及超高压环境等对ZIF-8-SiO₂吸附性能的影响。由实验结果可得,在初始浓度为80 mg·L?1时,25℃下ZIF-8-SiO₂对U(VI)的最大实际吸附量为498 mg·g?1,根据Langmuir模型拟合结果分析得出,ZIF-8-SiO₂对U(VI)的理论吸附量最高可达678.5 mg·g?1,且在200~500 MPa范围内,压强越高越有利于吸附。通过FTIR、XPS等方法对ZIF-8-SiO₂吸附铀酰离子前后的结构进行分析,探究该吸附过程中可能存在的吸附机制。      

ZIF-67@PDA/含氟聚酰亚胺混合基质膜的制备及其气体分离性能

金属有机框架材料(MOF)/聚合物混合基质膜(MMMs)通过结合MOF的分子筛效应和聚合物基质成本较低、加工性能好、机械强度高的特征,使其在气体分离领域展现出巨大的应用前景。然而由于MOF在聚合物基体中存在分散性差问题,极大地限制了其应用。采用溶剂热法合成金属框架材料ZIF-67,并通过溶液氧化法在ZIF-67表面修饰聚多巴胺(PDA)层制备ZIF-67@PDA纳米多孔材料。以4,4’-二氨基二苯醚-2,2’-双(3,4-二羧酸)六氟丙烷二酐(ODA-6 FDA)型含氟聚酰亚胺(FPI)为基体、ZIF-67和ZIF-67@PDA为填料,制备不同质量分数的ZIF-67/FPI和ZIF-67@PDA/FPI。通过FTIR、WAXD、TGA、SEM、比表面和孔径分布分析仪、气体渗透仪等测试对MMMs的结构和性能进行表征并测试了N₂、O₂、CO₂、He 4种气体的渗透性。结果表明：经聚多巴胺修饰后的纳米微孔材料ZIF-67在聚合物基体中能均匀分散并为气体分子的通过提供快速通道,且表现出良好的热稳定性。ZIF-67@PDA对CO<...     

ZIF-8/PVA静电纺丝膜的制备及其吸附性能

采用静电纺丝技术成功制备出沸石咪唑骨架材料(ZIF-8)/聚乙烯醇(PVA)静电纺丝膜。分别探究和优化了PVA浓度、纺丝电压、接收距离等参数对纤维膜形态结构的影响。对复合纳米纤维膜进行了形貌表征和成分分析。实验发现在ZIF-8的浓度为10wt%条件下,当PVA的浓度为7wt%、电压为40kV、接收距离为16cm时,可得到可纺性最好、形态均匀的纳米纤维膜,膜纤维的平均直径在240nm左右。将已经制备成功的ZIF-8/PVA复合纳米纤维用于吸附刚果红,在12h内吸附容量可达86mg/g,显示出良好的吸附能力。     

ZIF-8填充聚硅氧烷膜的制备及渗透汽化分离水中正丁醇

两步法制备ZIF-8填充聚二甲基硅氧烷(PDMS)渗透汽化膜PDMS/ZIF-8,用以分离水中正丁醇,并对该膜的化学结构、形貌及热稳定性进行了表征.结果表明:该膜对正丁醇有很高的选择渗透性,随着ZIF-8添加量的增加,分离因子先增大后减小,而总通量单调下降.当ZIF-8添加质量分数为2%时(PDMS/ZIF-8-2膜),分离因子达到最高.另一方面,随着操作温度的上升,PDMS/ZIF-8-2膜的通量和分离因子都增大.在60℃,料液质量分数为0.96%时,PDMS/ZIF-8-2膜的分离因子及通量最高可达49.24和8.43kg·μm/(m2·h).     

PI/ZIF-8杂化膜的制备及CO_2/N_2分离性能研究

以BTDA-ODA型聚酰亚胺为基质膜材料,2-甲基咪唑锌(ZIF-8)为掺杂剂,制备了聚酰亚胺基杂化膜(PI/ZIF-8)。运用FT-IR、XRD、SEM和EDS等表征方法,对ZIF-8含量不同的杂化膜的化学结构和微观结构进行了分析,并对杂化膜进行了CO_2和N_2单一气体渗透测试。结果表明,ZIF-8与PI两相完全相容且杂化膜对CO_2表现出很高的渗透选择性。当ZIF-8质量分数为7%(PI/7Z)时,CO_2的渗透系数为2.79×10~(-9) mol·m~(-2)s~(-1)Pa~(-1),相应的CO_2/N_2理想选择性系数达到最大值13.6,远大于努森扩散的分离系数0.79。     

原位生长制备ZIF-8/聚酰胺双层复合纳滤膜及其染料分离性能

以2,6-二氨基吡啶、均苯三甲酰氯为水相和油相单体,通过界面聚合法制备吡啶功能化聚酰胺(PA-PY)膜,随后利用酰氯水解羧基和吡啶氮原子与锌离子的配位作用,在膜表面原位生长ZIF-8(类沸石咪唑酯骨架材料-8),制备了ZIF-8/聚酰胺(ZIF-8/PA-PY)双层复合纳滤膜。扫描电镜分析结果表明:原位生长法可在PA-PY分离层生成晶型结构完整、致密的ZIF-8层,且随着原位生长时间的增加,ZIF-8层逐渐增厚。ZIF-8/PA-PY双层复合纳滤膜对负电性染料的截留率较高,原位生长时间为12h时,双层复合纳滤膜对甲基蓝截留率为97.9%,刚果红为99.6%。     

预涂晶种诱导法在α-Al2O3陶瓷管载体上合成ZIF-8膜

以纳米级ZIF-8晶体粒子为晶种,利用晶种诱导二次生长法在α-Al2O3陶瓷管载体上制备出连续的ZIF-8膜,并详细考察了晶种涂层液中晶种含量、成膜温度和添加剂PEI、甲酸钠用量等参数对ZIF-8成膜的调控影响.经SEM、XRD和气体渗透分析结果表明:制备的ZIF-8纳米粒子的粒径约为100～150 nm,粒度分布较均匀,适宜作为成膜的晶种;在晶种液中添加适量的PEI作为偶联剂有利于连续ZIF-8晶种层及膜的形成;在成膜液中添加适量的甲酸钠能有效阻止载体表面晶种层的溶解脱落.SEM显示所得ZIF-8膜的晶体粒径均一、晶粒间连接紧密且无明显裂痕,膜层厚度约为18μm.单组分气体渗透测试可知,H2/CO2的分离因数为5.4,H2/CH4的分离因数为2.56,气体通过ZIF-8膜均属于努森扩散范围.     

Effect of Synthesis Parameters on the Formation of Zeolitic Imidazolate Framework 8 (ZIF-8) Nanoparticles for CO2 Adsorption

Zeolitic imidazole frameworks-8 (ZIF-8) is a subclass of metal-organic frameworks (MOFs) with the transition metal cations (Zn²⁺) linked by imidazolate anions forming tetrahedral frameworks in zeolite-like topologies. This article reports on the synthesis of ZIF-8 nanoparticles by varying the synthesis parameters at room temperature. The crystallization duration, molar ratios, and pH of the mixture solution were varied in order to study the effects of these parameters on the formation of ZIF-8 nanoparticles. The structural and morphology transformation of the resultant particles were characterized using x-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy, and Brunauer–Emmett–Teller (BET) surface analysis. The CO₂ adsorption characteristics of ZIF-8 nanoparticles were tested using CO₂ physisorption analysis. Mature structural evolution was observed for ZIF-8 synthesized at 60 and 1440 min, but insufficient crystallization was found for ZIF-8 synthesized at 5 min. Meanwhile, ZIF-8 nanoparticles synthesized under lower amount of methanol resulted in larger particle size and higher crystallinity. Poorly intergrown ZIF-8 nanoparticles were observed for samples synthesized using a mixture solution with pH 8.2. Although different particle sizes and relative crystallinities were obtained for the ZIF-8 samples, synthesis using different molar ratios of the mixture solution, insignificant variations of BET surface areas, and CO₂ adsorption capacities were found.     

Adsorption and removal of organophosphorus pesticides from environmental water and soil samples by using magnetic multi-walled carbon nanotubes @ organic framework ZIF-8

In this study, the functional adsorbent metal–organic framework ZIF-8/magnetic multi-walled carbon nanotubes (M-M-ZIF-8) was successfully prepared for removal of eight organophosphorus pesticides from environmental water and soil samples. The M-M-ZIF-8 was characterized and their adsorption capacity was evaluated based on their isothermal adsorption curves. The results suggest that ZIF-8 particles are deposited on the surface of the magnetic MWCNTs via coordination–polymerization strategy. In addition, M-M-ZIF-8 has high static adsorption capacities for organophosphorus pesticides because of its high specific surface area and porous structure. The static adsorption data fit the Freundlich adsorption model better than the Langmuir model. Under the optimized conditions, M-M-ZIF-8 was successfully applied to remove the eight organophosphorus pesticides from environmental water and soil samples. A possible mechanism is valence-electron-driven adsorption by sharing or exchanging of electrons between the organophosphorus pesticide molecules and the vacant active sites of M-M-ZIF-8. Therefore, M-M-ZIF-8 is a promising hybrid adsorbent for adsorption and removal of organic pollutions from the environment.     

酸处理对FeN/ZIF-8催化剂氧还原反应催化性能的影响

研发高性能、低成本的非贵金属阴极氧还原反应催化剂是目前质子交换膜燃料电池的主要研究方向之一。以1, 10-菲啰啉为氮源, FeSO₄·7H₂O为铁源, 考察以ZIF-8为载体制备的FeN/ZIF-8催化剂的氧还原反应催化性能, 并探究酸处理对FeN/ZIF-8催化剂结构及性能的影响。通过X射线衍射、比表面积和孔径分布测试、透射电子显微镜等物理表征手段对催化材料进行结构表征, 使用旋转圆盘电极对催化剂氧还原反应催化活性和稳定性进行测试。结果表明: 以ZIF-8为载体制备的催化剂含有Fe₃C, 以及具有较大的比表面积, 这可能是催化剂具有较高氧还原反应初始催化活性的原因。酸处理可去除催化剂中部分不稳定的含铁碳化物和无序碳结构, 使催化剂具有更大的比表面积、更丰富的介孔结构和更高的孔体积; 同时, 酸处理可提高碳基体的耐腐蚀性, 在老化测试中维持催化剂所具有的较高比表面积和丰富的介孔结构, 从而使FeN/ZIF-8-A催化剂表现出更好的氧还原反应活性和稳定性。     

ZIF-8衍生La掺杂ZnO纳米颗粒的制备及其气敏性能

以ZIF-8及La掺杂ZIF-8为前驱体,经高温煅烧制备ZnO及La掺杂ZnO纳米颗粒.研究了La掺杂对ZnO纳米颗粒的形貌、晶体结构及气敏性能的影响.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对材料的微结构进行表征,结果表明:La掺杂有利于获得更小粒径的类球形纳米结构,但La掺杂未改变ZIF-8及衍生ZnO纳米结构的晶体结构....     

锌基-MOFs对氨吸附制冷性能的分子模拟研究

本文采用巨正则蒙特卡洛(grand canonical Monte Carlo, GCMC)方法,基于UFF(universal force field)和TraPPE(transferable potentials for phase equilibria)力场,对ZIF-8(Zn)吸附NH₃进行了分子模拟研究,并结合分子模拟结果和吸附式制冷热力学循环模型,研究了ZIF-8(Zn)/NH₃工质对的吸附性能和制冷性能。研究表明：在等温条件下,ZIF-8(Zn)对NH₃的吸附量随压力的增大而提高,298 K和398 K下饱和吸附量分别达到0.305 g/g和0.231 g/g;同一温度下的总吸附热也随压力的增大而上升,这主要归因于NH₃分子间相互作用产生吸附热的增加,而ZIF-8(Zn)与NH₃相互作用的吸附热维持在较稳定的状态;NH₃在ZIF-8(Zn)中的吸附密度分布结果表明NH₃在金属位点处被大量吸附,难以通过ZIF-8(Zn)部...     

硝酸活化时间对煤基电极材料结构及性能的影响

研究了硝酸活化时间对煤基电极材料表面性质及吸附性能的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)对煤基电极材料表面性质及形貌进行表征。研究表明,随着硝酸活化时间的延长,煤基电极材料的活化产率和抗压强度逐渐减小,而碘吸附值则呈先增大后减小的趋势,材料表面羧基、内酯基及酚羟基含量逐渐增加。活化8h时煤基电极材料的收率为67.64%,抗压强度为0.234 MPa,碘吸附值达到了301.72mg·g~(-1),表面含氧官能团总量提高了1.44倍。电化学测试结果表明,煤基电极具有良好的电容特性并形成稳定的双电层结构,活化时间越长,扩散过程内阻越小。电吸附处理后氰化废水中各离子的去除率均随活化时间的延长而增大,活化8h时铜及总氰离子的去除率分别可达到90%与68%。