含硼骨架无机微孔晶体材料的液固相吸附及离子交换反应的量热学研究

无机微孔材料一直是活跃的前沿研究领域。本申请在合成B-O-Al、B-O-Ge、B-O-Ga、B-O-M(过渡金属)及B-O-P体系的碱金属离子为模板剂的含硼骨架微孔晶体材料基础上，采用量热方法研究微孔材料的液-固相吸附及离子交换反应，一步完成吸附平衡、吸附量、吸附速率、吸附机理及吸附热的确定。根据量热曲线进行热动力学研究并判断吸附/离子交换反应速率的快慢；以吸附量/交换容量为参考，探究吸附性能/交换性能与微孔材料组成、结构及吸附热/交换热的关系。探讨热力学参数与组成、结构乃至性能的关联性规律。所得结果能为筛选新型用于分离水和有机溶剂以及去除有关污染物的微孔材料吸附剂、具有高选择性稀碱金属离子的无机微孔离子交换剂提供依据。这一研究拓宽了吸附/离子交换性能的研究方法,丰富了无机微孔材料的研究内容，对促进热化学和无机微孔材料领域的进步，以及对有关工业生产过程的控制和工艺条件的优化都具有重要意义。

无机微孔材料一直是活跃的前沿研究领域，微孔材料由于其孔道结构决定了其具有优良的离子交换性和吸附性。虽然有关无机微孔晶体材料的合成、表征和结构的研究报道很多，但是关于无机微孔材料的热化学性质研究报道很少，尤其是含硼骨架无机微孔晶体材料的量热学问题鲜有报道。. 本项目合成了25种B-O-Al、B-O-Ge、B-O-Ga、B-O-M(过渡金属)及B-O-P体系的碱金属离子为模板剂的含硼骨架微孔晶体材料，通过红外光谱、X-射线衍射、热分析及化学分析等手段对它们进行了表征。采用微量热方法研究了部分微孔材料对某些有机溶剂和环境污染物的液-固相吸附以及对碱金属离子的离子交换反应，并对量热曲线进行了热动力学处理，获得了活化能、速率常数、指前因子及反应级数等热动力学参数。探究了吸附性能/离子交换性能与微孔材料组成、结构及吸附热/交换热的关系。实验结果表明， 微孔材料对环境污染物的吸附率越大，测得的摩尔吸附热也越大。对不同醇类的吸附焓，随着碳链的增长，吸附热依次明显减小；对于同种醇的吸附，微孔材料模板剂M+半径越大，孔径越大，吸附热更大些，吸附能力越好。根据设计的热力学循环，利用微量热计测定了合成的微孔晶体的热力学基本参数，研究了热力学参数与微孔材料结构稳定性的关系，与组成、结构乃至性能的关联性规律。所得结果为其应用提供了物化基础数据，对促进热化学和无机微孔材料领域的不断发展也具有重要意义。 . 共发表与本项目相关SCI源期刊论文24篇，授权专利4项。培养博士生1名、硕士研究生11名。参加国内学术交流会议9次，国际学术会议1次。