金属有机骨架基多孔材料的合成及其吸附性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

材料是人类赖以延续的生存基础，它的发展水平一直为评价社会文明与人类文明的标尺，人类文明的发展史更可看作为利用、创新材料的发展史。材料的广泛应用涉及至人类生活的点点滴滴，给人类带来了不可小觑的进步与便利，但不可否认的是，材料的利用与创新对人类来说是一把双刃剑。人类在发展材料的过程中给自己的生存环境带来了压力，倘若不在材料发展与环境压力中找到平衡、不重视如何应对可见的环境问题，人类的延续最终会受到这些问题的限制。

伴随着工业水平的高速发展，越来越多金属离子以及有机物等被排放到水体中，水污染问题越发严重。目前应对除去废水污染物的主要途径有离子交换、重力分离以及吸附等。相比之下，吸附法是现阶段使用较为简便，且较易回收的一种方法。最常使用的吸附材料有活性炭、沸石、腐植酸等，但这些传统的多孔吸附材料存在效率低、吸附量少、吸附速率慢等缺点。合成高比表面积、规整孔结构、易于功能化的多孔材料是近年来该领域的研究热点。

金属-有机骨架（mofs）材料，又被称为多孔配位聚合物（pcps），是一种具有多孔结构的骨架材料，由无机金属（或含金属的簇）与有机配体通过配位键结合而形成^[1]。因其兼备高比表面积、高孔隙度、结构多样、不饱和金属位点等优点，广泛应用于吸附、储气、催化等领域^[2]。与活性炭等材料相比，金属有机骨架材料不仅有较高的比表面积，而且克服了以铝硅酸盐和铝磷酸盐为主的无机多孔材料孔径分布宽、孔容小以及材料性质不稳定等缺点，在吸附领域有了一定的应用研究^[3]。在废水处理中，由于mofs需要接触水分子，因此mofs材料在水中的稳定性成为该处理应用的前提条件。由于金属离子与有机配体分子间配位键不稳定，大多数mofs在水环境中较易分解，因此研究具有高水稳定性的mofs成为当前研究的重点^[4]。通常情况下，具有较高水稳定性的mofs应具有强配位键或者显著的空间位阻，用来防止破坏金属-配体配位键水解反应的发生。例如以高价金属离子(如四价锆离子)与羧酸盐配体(如对苯二甲酸)反应所得到的uio系列mofs，便拥有防止水分子破坏作用的强配位键。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：

本实验旨在合成一种含有硫醚的锆基有机骨架材料。以2，5-二羟基对苯二甲酸和甲醇合成含硫醚的功能化有机化合物，将该合成物作为有机配体，再以四氯化锆为金属前体，dmf为溶剂，在一定条件下合成带有硫醚的锆基有机骨架材料。对最终获得的产品进行表征并研究其对水污染中重金属离子的吸附性能，并将其与uio-66进行比较分析。

预期目标：

3. 研究的方法与步骤

1. 参考文献，在2，5-二羟基对苯二甲酸基础上设计、制备硫醚功能化有机化合物。

2. 以上一步产品为有机配体，四氯化锆为金属源，n,n-二甲基甲酰胺为溶剂，合成锆基金属有机骨架材料。

3. 利用红外、xrd、bet、紫外等仪器进行结构与吸附性能的表征，

4. 参考文献

[1] 冯思思, 武恩喜, 白羽婷. fe₃o₄/金属-有机框架复合材料合成及应用的研究进展[j/ol].山西大学学报(自然科学版).

https://kns.cnki.net/kcms/detail/14.1105.n.20210309.1026.007.html

[2] 唐朝春, 朱蓓, 许荣明,等. 金属基吸附剂除砷技术研究进展[j]. 环境科学与技术,2020,43(10):221-228.

5. 计划与进度安排

1.2022年3月1日-2022年3月19日：

查阅整理文献、完成开题报告。

2.2022年3月20日-2022年4月24日：