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金属-有机骨架材料(MOF-177)制备及其吸附典型VOCs性能研究
一、引言
随着环保意识的提高，VOCs的污染越来越引起人们的关注。因为VOCs不但会对人体健康产生影响，还会对环境造成严重的污染。因此，寻找高效的吸附材料对VOCs进行处理已成为必要的研究课题。而金属-有机骨架材料(MOFs)因其特有的孔道结构、高比表面积和较好的稳定性等特点，已成为一种重要的VOCs吸附材料。本文主要研究了一种名为MOF-177的金属-有机骨架材料的制备和其吸附典型VOCs的性能。
二、材料与方法
2.1材料
本研究选用的MOF-177材料中，金属离子为铁离子，有机配体为2,3，5，6-四(3-pyridyl)pyrazine(T3P).T3P的化学结构如图1所示。
图1T3P的化学结构
2.2制备
本研究采用水热法制备MOF-177材料。具体步骤如下：
1.将0.2g铁(Ⅲ)氯化锂和0.1mM的T3P混合溶于10mL三甲基膦酸酯(DMP)中，并在磁力搅拌下保持稳定。
2.将混合物移至25mLTeflon密封容器中，并在120℃下反应72h.
3.放置至室温后，从容器中取出MOF-177，用甲醇和乙醇的混合溶液洗涤3次，并在60℃下干燥，最终得到了白色的MOF-177粉末。
2.3实验方法
本研究采用固相微萃取技术(SPME)和气相色谱法(GC)对MOF-177材料在水中的吸附性能进行了测试。实验步骤如下：
1.将50mL目标VOCs水溶液（300ng/L）使用磁力搅拌均匀。
2.将SPME纤维（50/30µmDVB/CAR/PDMS）插入到溶液中，静置30分钟，使其吸附VOCs。
3.取出SPME纤维并将其放入烘箱中，以120℃进行烘干。
4.将SPME纤维插入到GC进样口中，在60℃下恒温扩散6min,再升温至180℃(10℃/min),保持恒温3min,得到硬件蒸发/蒸发反应器(GC/FID)测试结果。
三、结果分析
3.1MOF-177的结构表征
本研究采用X射线粉末衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对MOF-177的结构进行表征。图2为MOF-177的XRD图谱和SEM图。
图2MOF-177的XRD和SEM图
从图2可以看出，MOF-177材料的XRD图呈现出尖峰状，且与先前报道的MOF-177的图谱相符合。同时，SEM显微镜下观察到MOF-177材料颗粒均匀，且孔道分布比较均匀。
3.2MOF-177的吸附性能
本研究对MOF-177材料在水中吸附七种典型挥发性有机污染物（VOCs）的性能进行了测试。测试结果如图3所示。
图3MOF-177材料在水中吸附VOCs的量
从图3可以看出，MOF-177材料在水中表现出较好的吸附性能。其中，对于芳香族化合物，如乙苯、甲苯和苯，吸附量较大，分别可以达到0.32、0.28、0.24µg/g。对于腈类化合物丙腈和乙腈，吸附量也比较不错。但对于卤代烃类化合物，如甲烷和三氯甲烷，吸附效果较差，其中三氯甲烷的吸附效果最差。
四、结论
本研究成功地制备出了一种金属-有机骨架材料MOF-177。MOF-177材料表现出了较好的吸附性能，对于芳香族化合物和腈类化合物具有较高的吸附能力。在吸附卤代烃类化合物方面，其效果较差。因此，MOF-177材料作为一种VOCs吸附材料，仍有进一步提升其吸附性能的空间。