2023-08-23 13:18:18 北京精微高博仪器有限公司
金属-有机骨架(MOFs)材料是一类由无机金属离子与有机配体构筑而成的网格结构晶体,也被称为多孔配位聚合物。目前实验室合成的MOF已经有20000多种,按类型可以分为网状金属有机框架材料IRMOF、沸石-咪唑框架材料ZIF、莱瓦希尔有机框架材料MIL和通道式框架材料PCN ,各自的代表材料有MOF-5、ZIF-8、MIL-101和HKUST-1。近年来MOFs的发展迅猛异常,在气体分离、水净化、工业催化、生物医药等各个领域得到了广泛研究。
与其他传统多孔材料相比,MOFs具有丰富的、高度有序的、可调的结构,MOFs早期应用主要集中在气体储存和分离方面,随后其在催化、化学传感器、污染物吸附、生物医学等诸多领域中的应用也得到了快速发展。
最新研究进展
随着全球经济与人口的快速发展,能源消耗也在显著增长。迄今为止,全球超过85%的能源需求由化石燃料提供,这导致了大量的CO2被排放到空气当中。大气中高浓度的CO2对气候变化的潜在影响引起了全世界的关注,开发有效的CO2捕集技术十分必要。
2022年,Lu Shao团队受自然界中根瘤菌诱导根瘤生物共生过程启发,开发了一种全新的策略构建具有超高MOF(ZIF-8)含量的混合基质膜。在氯仿/水混合溶剂环境下,合成的ZIF-8晶体尺寸更小(~100 nm),并能均匀分散在高渗透性的自聚微孔聚合物(PIM-1)基体中,ZIF-8的负载量高达67.2 wt.%,PIM-1的氰基与ZIF-8的-NH基团间的特异相互作用保证了新型混合基质膜优异的界面相容性,避免了超高含量下MOF的团聚现象和膜中非选择性缺陷的产生。超高含量MOF负载能显著增强混合基质膜的二氧化碳溶解系数,赋予其优异的选择性,并同时可以提高PIM-1膜的抗物理老化和塑化的能力,增强膜在实际应用过程中的稳定性。PNAS上发表的首篇碳捕集分离膜研究工作。
图1 金属有机骨架混合基质膜合成示意图
图2 在308 K下二氧化碳的吸附/解吸等温线
Yunling Liu课题组在2016年报道了两例基于超分子构筑块(Supermolecularbuilding blocks,SBBs)策略合成的同构MOFs JLU-Liu20和JLU-Liu21。如图3所示,丰富的OMS和LBS,以及结构中大的比表面积与多种笼结构的存在,使得JLU-Liu20和JLU-Liu21表现出高的CO2捕获能力。其中,JLU-Liu20对CO2的最大吸附量在273 K条件下可达210 (41.2 wt%) cm3·g-1,在298 K条件下为118 (23.2 wt%) cm3·g-1。
图3 不同温度下JLU-Liu20和JLU-Liu21的CO2吸附曲线及CO2吸附焓
2022年,O. M. Yaghi课题组通过将MOF-808氨基酸功能化,得到了一系列的MOF-808-AA(AA:代表11种氨基酸)。其中氨基酸内的胺基指向孔道内部,可以与CO2间产生足够的亲和力从而生成氨基甲酸酯和氨基甲酸。这种CO2化学反应使该材料在潮湿环境中表现出增强的CO2捕获能力,并且可以在不加热的条件下完成CO2的解吸附。在此基础上,该课题组进一步考察了MOF-808-Gly在模拟煤烟气条件下通过真空摆动吸附来捕获和释放CO2的性能。实验结果表明,MOF-808-Gly可以反复捕获、释放CO2,循环次数可达80次以上。该研究首次将增加湿度提高CO2吸收量与低能量真空摆动吸附工艺相结合进行烟道气中CO2的捕获,揭示了胺基基团与MOF骨架间的强烈结合,从而实现在不加的温和条件下结合和释放CO2,有助于实现节能的CO2吸附与解吸循环(图4)。
图4 MOF-808-Gly常温及真空条件下捕获释放CO2示意图
图5 MOF-808、MOF-808-FR和MOF-808-Gly的CO2吸附曲线
实验探究
我们与某公司合作探究一种MOF在195K和室温下对于二氧化碳的吸附表现。从下图我们可以看出,该样品在195K(干冰升华)下的饱和吸附量接近669cm³/g,用HK模型分析该样品的孔径集中分布在1.21nm左右。该实验是用的我们专用的液氩装置,控制恒温容器的温度在195K附近得到的。与此同时测试了该样品在273K下的CO2吸附曲线,该样品吸附量接近69.4cm³/g STP,在我们探究的所有样品里边,该样品吸附量是比较高的。
测试仪器推荐
JW-BK300C 研究级比表面积及孔径分析仪
BK300系列采用统一标准型集装模块,支持A型、B型升级为研究级C型;真空系统服务于分析站及脱气站,可升级配置第二套真空系统,分别独立应用于脱气站及分析站。第二套真空系统也可配置分子泵(适用于C型);可升级多路进气,最高8路测试气(含回填气)、1路He气,便于多种气体自动选择吸附测试;支持升级为国内外独有的两种混合气体的选择性吸附性能分析,为气体环境净化领域提供了非常有意义的分析方法。
JW-MIX 100竞争吸附与传质分析仪
这一款是我们近期研发的竞争吸附与传质分析仪。它集众多功能于一体,像一些常见功能如动态气流吸附与解吸、穿透曲线的确定与评估、吸附动力学研究、共吸附和置换作用的研究、吸附选择性的测定、混合气体吸附平衡的测定、流动吸附过程的热平衡研究都可以实现。甚至可以选择配置色谱法和零长柱发测定扩散系数。
我们的实验室一直致力于新材料表征、新实验方法、吸附学方法论的探究,如有研发项目及商务合作可随时联系我们,谢谢!
精微高博(JWGB)成立于2004年,推出中国第一台静态容量法氮吸附仪JW-RB,被誉为“中国氮吸附仪的开拓者”。19年来已发展为集研发、制造、销售、服务于一体的国家级高新技术企业,专业从事于静态比表面积及孔径分析仪、动态比表面积测定仪、蒸汽吸附仪、化学吸附仪、竞争吸附仪、微反装置、真密度仪等材料表征设备的研究。是中国材料表征仪器的领先制造商,产品销售全球十几个国家和地区,致力于向全球客户提供高质量、高易用性、高性价比的产品和服务解决方案。
服务热线
400-600-5039
04-24
激光在激光粒度分析仪中的作用04-24 真理光学粒度仪
LT3600 Plus激光粒度分析仪04-24 真理光学
真理光学诚邀你参加粉体圈第八届全国氧化铝会议04-24 真理光学粒度仪
珂睿科技诚邀您参加广西分析仪器设备应用技术交流会!04-23 珂睿marketing
终于来啦,MitoTracker小包装04-23 赛默飞生命科学
践行新质生产力:Chromeleon CDS简化您的工作流04-23 飞飞
【报名火爆】2024单细胞蛋白质组学技术与产业应用研讨会线上直播通道发布!04-23
特洁安Aquafine助力河南电子半导体客户高品质生产,为“中国芯”提供有力保障04-23
隆重上市!第六代频率步进三维探地雷达突破地下调查的界限04-23 专业的
降本增效 | 奥豪斯称重产品助力制药行业04-23 奥豪斯
Aliben动态 | 俄罗斯科学院院士Valery Tuchin教授到访艾立本科技参观交流04-23 艾立本科技
春启青莲礼,血浆免费试 | 高深度血浆蛋白质组限时免费测!04-23
抢占报名 | 4月25日“御光同行”光电技术与应用研讨会昆明专场04-23 聚焦光电前沿领域
【Vocus B文献分享】一种可检测有机和无机物种的中压化学电离反应腔表征04-23
德国元素TOC总有机碳分析仪线下用户培训邀请函(第一轮通知)04-23
最高91分,机会巨大!答题赛最后12小时,通道即将关闭!04-23 市场宣传部
【 Stage-RTL反射率测试】典型配置、硬件说明、软件操作04-23
相约青岛-第六届大气臭氧污染防治研讨会04-22 TOFWERK中国
从专家共识看吉比爱如何布局质谱自动化及应对临床质谱挑战04-22 华大吉比爱