Page 75 - 《精细化工》2021年第6期

第 6 期 许 锋，等: 室温超快速制备 HKUST-1 及其对甲苯的吸附性能 ·1137·

1000(W  W )
Q  t i （2）
t
WM
i
式中：M 为甲苯的相对分子质量；W e 为平衡时材
料质量，单位 g；W t 为时间 t 时刻材料质量，单位
g；W i 为材料初始质量，单位 g；Q e 为平衡时甲苯
吸附量，单位 mmol/g；Q t 为 t 时刻甲苯吸附量，
mmol/g。

2 结果与讨论

2.1 表征分析
2.1.1 XRD 分析
图 2 为 3 种 10 s 快速制备的 HKUST-1 与
HKUST-1 单晶理论拟合的 XRD 谱图。从图 2 可以
看出，样品的主要特征峰与理论模拟的特征峰非常
吻合，此外与文献报道的 XRD 谱图也一致 [18] ，说
明室温快速成功制备出 HKUST-1，制备的材料具有
很高的结晶度。

a—HKUST-1-a；b—HKUST-1-b；c—HKUST-1-c；d—水滑石快
速合成机理
图 3 HKUST-1 的 SEM 图及合成机理
Fig. 3 SEM images of HKUST-1 and synthesis mechanism

2.1.3 比表面积分析
图 2 HKUST-1 的 XRD 谱图 图 4 为–196 ℃下，HKUST-1 对氮气的吸附-脱
Fig. 2 XRD patterns of HKUST-1 samples 附等温线。从图 4 可以看出，该吸附等温线属于典

2.1.2 形貌及机理分析 型 type-Ⅰ吸附等温线，在氮气分压极小时材料对氮
气的吸附量急剧增大，之后出现平台，这说明材料
图 3a~c 为室温 10 s 快速制备的 HKUST-1 的
存在大量的微孔。
SEM 图。由图 3 可看出，HKUST-1 晶体具有典型的

正八面体形貌。HKUST-1-a、HKUST-1-b、HKUST-1-c
的颗粒平均尺寸分别为 0.615、0.676、0.872 μm 左
右。颗粒大小随水滑石添加量的减少而增大，这可
能是因为大量的水滑石加速了配体的去质子化，形
成了大量的晶核，晶核越多，晶体生长越分散，晶
体反而更小，而添加少量水滑石，晶核较少，晶体
生长越集中，因此晶体颗粒越大。图 3d 为使用水滑
石 10 s 快速制备 HKUST-1 的机理，该模型遵循
VLEET 等 [21] 和 CÖLFEN 等 [22] 提出的经典晶体生长
2+
模型。最初镁八面体和铝氧八面体上的 Mg 和 Al 3+
2+
被 Cu 同晶取代，层间的碳酸根和羟基能有效地使 图 4 HKUST-1 的氮气吸附-脱附等温线
Fig. 4 N 2 adsorption-desorption isotherm of HKUST-1
均苯三甲酸配体快速脱除质子，再加上高效的阴离
子交换促使晶体核超快合成。随着晶核的增加及增 表 1 是室温 10 s 快速制备的 HKUST-1 和已报
大，最终获得了 HKUST-1。 道的其他方法合成该材料的孔结构参数。由表 1 可