有机配体结构对ZIFs材料结晶度及其CO2吸附性能的影响机制

• 全文链接
• 请求原文

作   者：

刘晗翀;  吴梦雅;  吴礼光;  王挺; 

作者机构：

浙江工商大学; 

关键词：

ZIF-8;  结晶度;  分子动力学模拟;  CO2吸附;  反相微乳液; 

期刊名称：

环境科学学报

i s s n：

0253-2468

年卷期：

2024 年 44 卷 008 期

页   码：

110-121

摘   要：

沸石咪唑酯框架(ZIFs)被认为是一种用于高效CO2捕获的多孔晶体材料,其晶体结构是影响CO2吸附性能的关键因素之一.本文分别选用2-甲基咪唑、2-乙基咪唑和3-氨基-1,2,4-三唑作为有机配体,通过反相微乳液制备了ZIFs材料用于CO2的捕获.结合ZIFs材料结构表征、气体吸附、巨正则蒙特卡洛(GCMC)以及分子动力学(MD)模拟,研究了有机配体对ZIFs的结晶度、孔结构和CO2吸附性能的影响.结果表明:采用2-甲基咪唑合成的ZIF-8-M与2-乙基咪唑合成的ZIF-8-N,两者除了结晶度外其它结构差异并不十分显著,但ZIF-8-M材料CO2吸附容量较高,可达0.69 mmol·g-1;ZIF-8-N结晶度、比表面积和孔隙率较小,CO2吸附容量也较低,仅为0.29 mmol·g-1.提高合成温度,ZIF-8-M和ZIF-8-N结晶度均明显增大,CO2吸附容量也显著提高,这可能是由于高结晶度的ZIFs更有利于氢键的形成和π-π堆积作用的发生.当温度从30℃升高到60℃时,ZIF-8-M的CO2吸附容量提高了2.2倍,ZIF-8-N的CO2吸附容量增大了4.9倍.此外,GCMC和MD模拟结果表明:随着晶体结构无序化程度的增加,ZIF-8-M对CO2分子的吸附能由-52.5 kcal·mol-1增大至511.0 kcal·mol-1,吸附能力下降,吸附的CO2分子个数明显下降.再次验证了结晶度是影响ZIFs材料吸附CO2性能的关键结构参数.