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本研究报道了一种基于铝的双壁金属有机框架(MOF),名为ZJU-520(Al),具有大微孔比表面积2235 m2g–1,孔径分布在9.26–12.99 Å范围内,以及出色的化学稳定性。与使用锌和钴合成的双壁MOF相比,铝是一种低毒性且在自然界中丰富的元素。因此,ZJU-520(Al)是一种具有高微孔特异性表面积的双壁Al基MOF,是一种更好的策略,用于包括苯在内的挥发性有机化合物(VOCs)的微量吸附。
ZJU-520(Al)由AlO6簇的螺旋链和4,6-Di(4-carboxyphenyl)pyrimidine配体组成。在298 K和P/P0 = 0.01的条件下,ZJU-520(Al)对微量苯的吸附量高达5.98 mmol g–1,并且能够从苯和环己烷的混合蒸汽中有效分离微量苯,表明它是一种潜在的微量苯吸附/分离吸附剂。
此外,本研究还探讨了ZJU-520(Al)的晶体结构、比表面积和稳定性、静态和动态吸附性能以及吸附机制。通过Grand Canonical Monte Carlo(GCMC)模拟,揭示了苯分子在ZJU-520(Al)上的吸附位点。ZJU-520(Al)不仅在微量苯吸附方面表现出色,而且在苯/环己烷分离方面也显示出优异的性能。这些发现为开发新型低毒性和高效率的VOCs吸附材料提供了重要的科学依据。
图1:展示了ZJU-520(Al)的晶体结构,包括由AlO6簇和H2DBP配体构成的双壁结构和两种微孔道(命名为A和B)。
图2:展示了ZJU-520(Al)的比表面积和稳定性测试结果,包括N2吸附-脱附等温线、高分辨率透射电子显微镜图像、热重分析曲线和X射线粉末衍射图谱。
图3:展示了ZJU-520(Al)在298 K下对BTEX和环己烷的静态吸附等温线。
图4:展示了ZJU-520(Al)在不同温度下的苯吸附等温线、循环吸附实验结果以及等温线吸附热。
图5:展示了ZJU-520(Al)上苯分子的吸附机制,包括不同P/P0比下的电势场图、主客体相互作用和客体-客体相互作用。
图6:展示了ZJU-520(Al)对苯和环己烷的动态吸附实验结果,包括物理性质对比、分离突破曲线、循环分离实验以及与环己烷和苯的相互作用。
ZJU-520(Al)作为一种新型的双壁Al基金属有机框架材料,其具有的高比表面积、优异的化学稳定性和微量苯吸附能力使其成为一种极具潜力的吸附剂。
该材料不仅能够有效吸附微量苯,还能在苯和环己烷的混合蒸汽中实现有效分离,这对于工业生产如尼龙制造等领域具有重要意义。此外,ZJU-520(Al)在循环使用中的稳定性和再生能力也为其在实际应用中的长期运行提供了可能。
未来的研究可以进一步探索该材料在其他挥发性有机化合物吸附和分离方面的应用潜力,以及如何通过材料改性进一步提高其性能。
标题:Double-walled Al-based MOF with large microporous specific surface area for trace benzene adsorption
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