新型高憎水性金属有机骨架材料（MOFs）的研制及其VOCs/H2O的竞争吸附

The control and abatement of VOCs emissions have drawn great attention due to the environmental concerns. In this project, we prepare a novel MOFs with high VOCs capacity and strong hydrophobicity. The proposed work will focus on: (a) fundamentally understanding of the effects of the textural properties and surface chemistry of the functional adsorbents on the adsorption equilibrium and kinetics of VOCs and H2O; (b) mechanistic optimization of pore structure and the surface modification technology to develop a highly efficient adsorbents with high VOCs adsorption capacity and strong hydrophobicity. The application of the proposed novel MOFs on VOCs adsorption will solve the problem of environmental pollution and energy waste. Moreover, it will enrich the adsorption theories and provide new technical support for VOCs removal under high humidity conditions, and have important scientific significance and application value.

针对目前挥发性有机化合物（VOCs）减排和捕获的重大社会需求以及高湿度环境下VOCs/水蒸气竞争吸附的关键问题，项目主要研究新型憎水性金属有机骨架（MOFs）材料的制备以及VOCs/H2O的吸附相平衡和动力学。从理论层面上，研究和揭示材料的孔隙结构和表面化学性质协同作用对单组份VOCs和H2O以及混合组份VOCs/H2O吸附和脱附的影响规律，研究VOCs/H2O在材料上的竞争吸附机理；从技术层面上，使用气相沉积法对MOFs材料的亲水中心进行表面修饰，优化其表面化学性质，增强其憎水性，研制出高憎水性且对VOCs具有高吸附容量的高效吸附材料；从应用的层面上，解决VOCs的环境污染和能源浪费问题。项目成果将为解决实际操作工况高湿度下吸附回收VOCs这一难题提供新的理论指导和技术支持，具有重要的科学意义和应用前景。

挥发性有机化合物（VOCs）具有刺激性、毒性、致畸性和致癌作用，此外，还参与大气环境中二次气溶胶和臭氧的形成，因此，国家对VOCs的减排和捕获越来越重视。金属有机骨架材料（MOFs）由于其具有丰富的孔隙结构和超高的比表面积使其成为VOCs吸附极具潜力的材料之一。相对于传统溶剂法制备MOFs，项目成果首次开发出水滑石法合成MOFs材料，可以实现室温十秒快速合成。该方法具有简单、能耗低、绿色环保和易大量制备的优点，是工业化制备的首选方法。我们选用了HKUST-1和Cu(tdpat)为研究对象，利用X射线粉末衍射和SEM、N2吸附表征材料的结晶、微粒形貌和比表面积及孔径分析。性能研究结果显示MOFs材料在极低VOCs浓度下具有非常高的吸附容量，当VOCs相对分压在0.02左右时，HKUST-1对VOCs的吸附量高于其他材料约10倍。多次吸附脱附循环后性能保持不变，循环性能优异，因此，MOFs材料在低浓度VOCs治理及气体储存方面具有很大的应用潜力。此外，室温快速制备也为MOFs材料工业化提供了新的思路和策略。