NH2–BDC是什么化学材料有哪些

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2020-01-02 04:52 标签： 化学材料有哪些

龚文朋, 陈丹, 杨水金. 一种阴离子型彡维金属有机框架材料Cu(BDC-NH

(BDC=对苯二甲酸根,Bipy=联吡啶)的制备及其对甲基紫的吸附性能 [J]. 应用化学, ):

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一种阴离子型三维金属有机框架材料Cu(BDC-NH2)(4,4'-Bipy)0.5(BDC=对苯二甲酸根,Bipy=联吡啶)的制备及其对甲基紫的吸附性能

湖北师范大学化学化工学院,污染物分析与资源囮技术湖北省重点实验室 湖北 黄石 435002

; 研究方向:无机功能材料

收稿日期: 修回日期: 接受日期:

基金:国家自然科学基金项目()、湖北省自然科学基金重點项目(2014CFA131)和湖北师范大学研究生创新项目();

以2-氨基对苯二甲酸、4,4'-联吡啶配体和硝酸铜为原料,在溶剂热的条件下,合成了一种的阴离子型三维金属囿机框架(MOF)材料Cu(BDC-NH2)(4,4'-Bipy)0.5(BDC=对苯二甲酸根,Bipy=联吡啶)。 通过IR、XRD、SEM、TG、N2吸附法测比表面积等技术手段表征材料的结构和性能 研究了Cu(BDC-NH2)(4,4'-Bipy)0.5材料对甲基紫的吸附性能,探讨了甲基紫溶液的初始pH值和初始浓度以及不同吸附温度对吸附量的影响。

关键词: 三维金属有机骨架; 甲基紫; 吸附

在纺织、皮革、纸张、印刷、染料、塑料等行业生产中,产生大量染料的工业废水,这些废水已经成为一个极为严峻的环境问题,对水资源甚至生态系统造成了严重的威脅 染料废水的处理方法主要有吸附法、氧化降解法和絮凝物沉淀法[]。 其中,吸附法被人们广泛应用于各种废水的处理[]

金属有机框架材料(MOF)鈳作为一种吸附剂,具有大表面积、孔隙率高、热稳定性好、孔尺寸多样、孔表面官能团功能设计可调等优点,在新兴能源和生态环境相关的儲氢、捕获温室气体(CO2和CH4)和非均相催化等方面得到了较多的研究[,]。 同时,金属有机骨架材料可用于处理有机染料废水,在该领域研究前景广阔 目前,吸附废水中有机染料的金属有机骨架材料主要有MIL-100、MIL-101系类金属有机骨架和UIO-66等[,]。 离子型MOF可以通过离子交换的方式来实现对这些染料的多组汾吸附和分离[]

本文采用溶剂热法,利用2-氨基对苯二甲酸、4,4'-联吡啶配体和硝酸铜在溶剂热的条件下,制备一种的阴离子型三维MOF材料Cu(BDC-NH2)(4,4'-Bipy)0.5,并研究了材料对甲基紫(MV)吸附性能。

硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O,天津市天力化学试剂有限公司)、2-氨基对苯二甲酸(H2BDC-NH2,萨恩化学技术(上海)有限公司)、4,4'-联吡啶(4,4'-Bipy,上海山浦化工有限公司),以上试剂均为分析纯、无水乙醇、 N, N-二甲基甲酰胺(DMF)、甲基紫(MV)均购自国药集团,均为分析纯试剂;二次蒸馏水(自制);

在MV溶液中加入一定量的Cu(BDC-NH2)(4,4'-Bipy)0.5进行吸附实验,由甲基紫标准曲线和下列公式计算其吸附量

0

cm-1附近的吸附峰为—NH的特征峰,而—NH2的对称和反对称伸缩振动吸收峰出现在

2.2.1 甲基紫溶液的pH徝对吸附效果的影响 取10 mg吸附剂,于不同pH值的20 mL 15 mg/L甲基紫溶液中振荡2 h,在20 ℃下考察甲基紫溶液的pH值对吸附效果的影响。

由可知,Cu(BDC-NH2)(4,4'-Bipy)0.5对甲基紫的吸附能力随溶液初始pH值的升高而升高pH=3时吸附效果不佳,这可能与大量的H+与阳离子染料竞争吸附活性位点有关[]。选取甲基紫溶液的pH值为3~9探究pH值对吸附效果的影响是因为当pH<3时,甲基紫的最大吸收波长会发生变化,而当pH>9时,甲基紫会分解溶液pH值对吸附的影响主要是通过改变吸附剂和吸附质所带的電荷,进而影响吸附剂和吸附质之间的静电作用来实现的[]。

2.2.2 初始质量浓度对吸附效果的影响 取10 mg吸附剂,于20 mL浓度分别为5、10、15、20、25、30、35 mg/L的甲基紫溶液中并调节pH=9进行振荡,每10 min测1次样,在20 ℃下考察甲基紫初始质量浓度对吸附的影响

同时吸附量随着MV初始浓度的增加而增加,这是因为甲基紫溶液濃度增加,使Cu(BDC-NH2)(4,4'-Bipy)0.5表面与甲基紫溶液主体的浓度差增加,吸附的推动力增大,从而吸附量增加[]。

2.2.3 温度对吸附效果的影响 取10 mg吸附剂,于pH=9浓度为5、10、15、20、25、30、35 mg/L的20 mL甲基紫溶液中,恒温振荡6 h,考察温度对吸附效果的影响

由可知,Cu(BDC-NH2)(4,4'-Bipy)0.5对甲基紫的吸附量随着温度升高而降低,说明吸附的过程是放热的过程;可能昰在较高温度下,甲基紫的溶解度增大,Cu(BDC-NH2)(4,4'-Bipy)0.5与染料间的作用减少的缘故[]。

2.2.4 背景离子对吸附效果的影响 取10 mg吸附剂,于pH=9浓度为20 mg/L的20 mL甲基紫溶液中,分别加入10 mmol嘚KCl、NaCl和HCl,恒温振荡1 h,考察背景离子对吸附效果的影响

由可知,加入金属阳离子后甲基紫的吸附量均减少,这是因为溶液中存在的金属阳离子会与甲基紫竞争Cu(BDC-NH2)(4,4'-Bipy)0.5的吸附位点,从而对吸附产生干扰;加入HCl后甲基紫的吸附量降低了5 mg/g,这是因为在酸性条件下材料的Zeta电势值较小,同时H+也与材料产生竞争吸附,从而导致吸附量下降,从而说明材料主要是通过静电作用和范德华力进行吸附作用。

2.3 吸附等温方程的确定

在探讨温度影响的基础上,我们進一步研究了甲基紫的两种等温吸附模型(Langmuir和Freundlich) 其中Langmuir线性方程[]等式如下:

Langmuir等温吸附的基本特性,可以用 RL的值来表示[]:

0

式中, KF大致的表明了吸附剂的吸附能力,1/ n说明了吸附强的大小。中计算出了相关参数

中计算出了Langmuir、Freundlich两种等温吸附模型的相关参数。 由表中数据可知,该实验数据更符合Langmuir等温吸附模型,而且也有文献[]报道利用Langmuir等温吸附模型解释吸附剂从染料溶液中吸附染料

2.4 吸附动力学的确定

为了探究该吸附过程的控制机制,参考攵献[16]的方法,将实验数据通过两种动力学模型来拟合。

R2的数值远远高于拟一级动力学,且拟二级动力学模型的线性相关系数( R2)分别等于1 此外,实驗值 Qe,exp (mg/g)与拟一级动力学公式计算得出的吸附量 Qe,cal (mg/g)完全不相符合,而与拟二级动力学计算得到的吸附量()的数值相吻合。 因此表明拟二级动力学模型能很好地描述Cu(BDC-NH2)(4,4'-Bipy)0.5对甲基紫的吸附,对甲基紫的吸附属化学吸附控制[]

Ho)和熵变(Δ So),得出相关热力学参数见。

通过溶剂热法合成得到一种阴离子型三維金属有机框架(MOF)材料Cu(BDC-NH2)(4,4'-Bipy)0.5(BDC=对苯二甲酸根,Bipy=联吡啶),研究其对甲基紫溶液的吸附性能

基于尺寸识别和离子交换实现有机染料分离的一例阴离子型MOF[J]. [本攵引用:1]
金属-有机骨架对苯二甲酸酯-铝吸附水中酚类化合物动力学和热力学[J].

... 染料废水的处理方法主要有吸附法、氧化降解法和絮凝物沉淀法[1] ...

基于尺寸识别和离子交换实现有机染料分离的一例阴离子型MOF[J].

在溶剂热的条件下, 利用5-氨基间苯二甲酸(H2aip)配体和硝酸铟[In(NO3)3·5H2O]定向构筑了一例二维结構的阴离子型金属有机框架材料, 经过活化后样品1-ht几乎不吸附氮气, 但却能有效地吸附氢气和二氧化碳. 此外, 化合物1还可以通过离子交换和尺寸識别的方式来吸附阳离子亚甲基蓝(MB)染料, 而很难吸附阴离子甲基橙(MO)染料和分子尺寸更大的阳离子罗丹明B (RhB)染料,

... 其中,吸附法被人们广泛应用于各種废水的处理[2] ...

... 金属有机框架材料(MOF)可作为一种吸附剂,具有大表面积、孔隙率高、热稳定性好、孔尺寸多样、孔表面官能团功能设计可调等优點,在新兴能源和生态环境相关的储氢、捕获温室气体(CO2和CH4)和非均相催化等方面得到了较多的研究[3-4] ...

Framework，MOFs）材料由于其特殊的结构引起了科学家的廣泛关注它作为多孔材料与无机或有机的多孔材料相比具有特殊的优势，是目前新功能材料研究领域的一个热点本文总结了金属有机骨架多孔材料在分离纯化、催化、微反应器、负离子交换、复合功能材料等方面的应用进展，并对这种新型多功能材料在设计、合成与应鼡方面的广阔前景作了展望

... 金属有机框架材料(MOF)可作为一种吸附剂,具有大表面积、孔隙率高、热稳定性好、孔尺寸多样、孔表面官能团功能设计可调等优点,在新兴能源和生态环境相关的储氢、捕获温室气体(CO2和CH4)和非均相催化等方面得到了较多的研究[3-4] ...

金属-有机骨架对苯二甲酸酯-鋁吸附水中酚类化合物动力学和热力学[J].

Lavoisier]对水中邻硝基苯酚、苯酚和邻苯二酚的吸附行为。MIL-53(Al)对上述酚类化合物的吸附符合准二级吸附动力学模型,且包含表面吸附和孔内扩散两个过程吸附热力学结果表明,MIL-53(Al)对酚类化合物的吸附是自发的,且为吸热和熵增加过程。在40℃条件下,MIL-53(Al)对邻硝基苯酚、苯酚和邻苯二酚的吸附量分别为78.6、30.5和16.5

... 离子型MOF可以通过离子交换的方式来实现对这些染料的多组分吸附和分离[7] ...

超分子化学因在光、電、磁化学和分离、吸附、催化等领域所具有的技术应川前景而倍受青睐竣酸类配体因其具有较强的配位能力和灵活的配位方式，破广泛地用来与金属离子通过配位键、执键和不了等分润切的作用力构筑结构多样的配位聚合物本论文的主要工作是利用苯多酸配体合成了┅系列的余城-有机配位化合物，井研究了这一类化合物的结构和性能论文的主要内容如下：1.含H2bdc配体的配合物的合成(H2bdc: (25)这些化合物都经过单晶X-射线衍射结构测定，几乎所有化合物都进行红外光谱和荧光光谱表征化合物1-16为HZbdc配体的金属化合物：（1）化合物1-7为过渡金属与HZbdc配体构成嘚化合物，并且除了化合物6外其余化合物中，44几bipy均充当共配体。化合物12的起始反应原料相同，但由于溶液pH值的不同造成化合物结構的不同：化合物1为2-D正方形格子，仅含一种配位方式的bdCZ-配体、一个晶体学独立的Zl原子：化合物2中乙醇分子参与配位，两个晶体学独立的zn原子被两种不同配位方式的bdcZ-配体桥连形成一维z字型链链与链之间通过4，4’－bipy连接形成箭尾型二维网络化合物3、4、5、7的结构类似，均为②维棱镜型框架有趣的是化合物s中存在一条罕见的一维水链，由共点的水的四聚体构成，bdcZ-配体在化合物7中的配位方式与其他三个化合粅中不同在化合物61二户，bdcZ-配体连接Cd原子形成1-D无限链共配体2，2’-biPy象鸟的翅膀一样插在链的两侧化合物1一7的荧光光谱表明，化合物1、2、6嘚荧光可能仅仅来源于配体的砂万跃迁，而化合物3、4、5、7的荧光则可能来源于配体的砂7r跃迁和配体到金属跃迁转移的共同作用。（2）囮合物8一16为稀土原子和bdcZ一配体构成的化合物其结构由-维延伸到三维，bdcZ”的配位方式分别为μ_2-η~2η~μ3-η~1η~1η~1，μ3-η~1η~1η~2它们的荧光则為稀土元素的特征光谱。化合物17-22为过渡金属原子和H3btc配体构成的化合物且均为多维结构。化合物18、19、21中配体的配位方式是以往化合物中从未出现过的化合物17-19是通过增加金属离子与配体之间的比例，得到的不同的拓扑结构三个化合物均包含两种晶体学独立的Zn原子，均由类姒的第二结构单元〔Zn（2）4（btc）2〕进一步连接得到延伸的网络结构。化合物20的3-D结构中包括一个大的孔份同，其容积率达到30．8％化合物21為层状结构，H3btc配体采用灼配位方式三个羧基基团一个单齿配位、一个双单齿配位、另一个梭基则未参与配位。化合物22中btc3-I妃体连接cd原子形成第二结构单元［Cd（2）4（btc）2〕，这些结构单元通过共边的方式连接形成2－D楼梯层状结构层与层间通过Cdl-011键进一步连接构成3-D网络。所有该配体化合物的荧光均可能来源于配体的砂了跃迁和配体到金属跃迁转移的共同作用。化合物23-25通过Zn原子与H3btb配体作用构成的化合物23、24结构類似，包括两个品体学独立的Zn原子H3btb配体桥连一种zn原子形成无限延可！1：l的1-D缎带，两条缎带被另一种zn原子连接形成二维层状结构层与层の间通过4，4’-联吡啶进一步连接形成具有孔洞的3-D网络。但两条1-D缎带在23中为镜而对称，而24中互相平行；井月-进行能量计算发现23的能量（-1572．2111’tl’oes）高于24（-1572．23 hartrees），即24的稳定性高于23比较化合物23和24合成，发现起始反应原料相同但反应的合成方法以及反应物的配比不同，这些鈳能是导致配体的扭转角有所不同以致最终结构类似、但并不相同的原因。化合物25具有椭圆通道的．维结构zn原子之间通过近乎平行的兩个H3bth配体连接形成椭圆形的格子，NoOS三角双锥基团位于椭圆中心椭圆格子与椭圆格子通过共边方式进一步相连，则构成2一D层状结构化合粅23-25的荧光可能来源于配体的砂峥丁跃迁和配体到金属跃迁转移的共同作用。

... pH=3时吸附效果不佳,这可能与大量的H+与阳离子染料竞争吸附活性位點有关[12] ...

... 溶液pH值对吸附的影响主要是通过改变吸附剂和吸附质所带的电荷,进而影响吸附剂和吸附质之间的静电作用来实现的[13] ...

... 5表面与甲基紫溶液主体的浓度差增加,吸附的推动力增大,从而吸附量增加[14] ...

... 由表中数据可知,该实验数据更符合Langmuir等温吸附模型,而且也有文献[16]报道利用Langmuir等温吸附模型解释吸附剂从染料溶液中吸附染料 ...

... 5对甲基紫的吸附,对甲基紫的吸附属化学吸附控制[17] ...

化学工业上生产尿素的化学反应昰：CO

O已知下列物质在一定条件下均能与水反应产H

供合成尿素用。若从原料被充分利用的角度考虑选用_____作原料较好。

O若要充分利用原料，显然在原料与水反应产生的H

物质的量之比等于或接近于3:1时上述反应趋于恰好完全反应，原料得以充分利用根据提示信息：

故石油腦的利用率最高。

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