新型高VOCs吸附容量高憎水性的MOF基多孔碳材料的制备及性能研究

Based on the social concerns on control and recovery of the volatile organic compounds (VOCs), in this project, we propose to synthesize novel MOFs-derived carbons with high VOCs capacity and strong hydrophobicity. From the theoretical point of view, the effects of surface chemical properties of the MOFs-derived carbons on the adsorption equilibrium and kinetics of VOCs and H2O will be discussed. From the technical point of view, we optimized chemical properties of MOFs-derived carbons through the design of the pore structure and the optimization of the surface modification technology to tune the surface chemical properties of the MOFs-drived carbons, and consequently enhance their VOCs capacity and adsorption selectivity between VOCs and H2O; and we would also investigate the VOCs recovery process based on the novel MOFs-derived carbons in high humidity environment. The research results of the project would provide new theoretical and technical findings which could be applied to solve the knotty problem of the VOCs recovery in the high humidity conditions, which have important scientific significance and application value.

针对挥发性有机物（VOCs）污染控制和回收的社会需求，本项目提出研制新型高VOCs吸附容量和高憎水性的MOF基多孔碳材料。在理论层面上，研究和揭示MOF基多孔碳材料的孔结构和表面化学性质对VOCs/H2O吸附相平衡和动力学的影响规律；在技术层面上，设计调控MOF基多孔碳材料孔结构，优化其表面化学改性技术，调节MOF基多孔碳材料表面化学性质，增强其VOCs吸附容量和VOCs/H2O吸附选择性；以MOF基多孔碳吸附材料为核心，研究高湿度环境下VOCs污染治理回收过程。项目成果将为解决实际工况高湿度条件下吸附回收VOCs这一难题提供新的理论和技术基础，项目研究具有重要科学研究价值和实际意义。

针对挥发性有机物（VOCs）污染控制和回收的社会需求，本项目提出研制新型高VOCs吸附容量和高憎水性的MOF基多孔碳材料，并研究了MOF基多孔碳材料的孔结构和表面化学性质对VOCs吸附性能的影响。. 研制了MOF-5基多孔碳材料，其比表面积可以达到1903m2/g，总孔容可达1.29cm3/g。同时与原始MOF-5材料相比，MOF-5基多孔碳材料表现出高憎水性，其水接触角可以达到131.1°。更重要的是，MOF-5基多孔碳材料对正己烷的吸附量高达10.0mmol/g，要远大于其他正己烷吸附材料。. 开发了MOF-199基多孔碳材料，表面积可达2320m2/g，对苯蒸汽的吸附性能高达12.8mmol/g，远高于原始MOF-199和传统的吸附材料。而且MOF-199基多孔碳材料的水吸附等温线呈现了V型，表明具有良好的憎水性。MOF-199基多孔碳材料对C6H6/H2O吸附选择性可达16.3，远高于其他MOF材料。. 发明了多级孔Fe3+@HKUST-1材料，Fe-HK-2展示了较高的BET表面积和孔容，并且其苯蒸汽吸附量是原始HKUST-1的1.5倍。另外，Fe-HK-2的苯蒸汽扩散系数是原始HKUST-1的1.7倍。同时，Fe-HK-2具有良好的吸附脱附循环性能。随后将其碳化，制备了高憎水性的多孔碳材料。. 开发了以H3BTC为配体合成MIL-100材料的新过程，其比表面积可达1680m2/g。再以KOH为活化剂，制备出具有高比表面积的MIL-100多孔碳材料。与原始的MIL-100相比，活化后的多孔碳材料具有更高的比表面积，可达2880m2/g，远高于原始的MIL-100材料。. 系统地研究了一系列芳烃VOCs在MIL-101@GO复合材料上的吸附性能变化规律，并分析其吸附机理。并采用机械化学法高效合成高比表面积的MOF-5材料（3466m2/g），详细调查了MOF-5对一系列烷烃的吸附性能。. 本项目发展形成以MOF基多孔碳吸附材料为核心，研究VOCs污染治理回收过程。项目成果将为解决实际工况高湿度条件下吸附回收VOCs这一难题提供新的理论和技术基础，项目研究具有重要科学研究价值和实际意义。