沸石咪唑酯骨架材料的成型及烃类分离性能研究

沸石咪唑酯骨架材料（ZIFs）是水热稳定性良好的金属-有机骨架材料，在吸附分离、燃料气储存、催化等领域具有良好应用前景。但新合成的ZIFs是纳米级细粉，成型过程对其结构和性能的影响极大，是其实际应用中迫待解决的关键瓶颈。本课题利用密度泛函理论和量子力学计算工具，优化ZIFs和无机、有机粘结剂的稳定构型，研究其相互作用，筛选适宜成型助剂。结合XRD、FI-IR、BET、SEM等表征手段，系统考察压片和挤条过程中各条件对ZIFs成型样品机械性能和微观结构的影响规律，优化成型条件，为其结构控制和调变提供依据。通过ZIFs成型样品对小分子烃类吸附相平衡和吸附动力学的研究，揭示ZIFs成型样品结构与性能的关系，探索ZIFs分离烷烃/烯烃、直链烃/支链烃的机理和规律。课题研究结果将为ZIFs的成型过程提供科学和技术基础，对ZIFs新型分离介质在烃类吸附分离中的应用具有重要的理论和实际意义。

金属有机骨架材料（MOFs）具有比表面积大、孔径可控、孔结构多样、可功能化设计等特点，在吸附分离、气体储存、催化等领域具有诱人的应用前景。咪唑酯金属-有机骨架材料（ZIFs）是水热稳定性最好的MOFs材料，最有可能实现应用。新合成的ZIFs材料是纳米级别的细粉状物质，其作为吸附剂实际使用时将面临气体流动阻力过大的问题。ZIFs乃至所有MOFs的成功应用都难以避开成型的问题。本课题将对ZIFs成型过程中的科学问题进行研究，利用密度泛函理论和量子力学计算工具，优化出ZIFs和成型助剂的稳定构型，根据二者的分子结构特点，研究其相互作用机理，筛选出适宜的复合成型助剂。通过XRD、FI-IR、比表面积测试（BET）、扫描电镜（SEM）等多种表征手段，系统考察压片成型过程中助剂配比、成型压力、煅烧温度等对ZIFs成型样品机械性能和微观结构的影响规律，为ZIFs吸附剂成型样品的结构控制和结构调变提供依据。通过ZIFs成型样品对小分子烃类吸附相平衡和动力学的研究，认识成型样品结构与性能的关系，探索ZIFs分离烷烃/烯烃的机理和规律。同时进行了ZIFs材料吸附重金属和稀土元素的探索。