Page 77 - 《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 ·1139·

少量甲苯残留在材料中，也就是说高温（150 ℃）
能有效地将甲苯脱附出来，说明材料具有较好的再
生性能。

3 结论

采用水滑石法室温 10 s 快速制备得到金属有机
骨架材料 HKUST-1，其孔隙结构发达，BET 比表面
3
2
积达到 2170.7 m /g，孔容为 0.97 cm /g，是目前该
材料报道的最高值之一。HKUST-1-b 在 25 ℃时对

1/2
图 7 不同温度下 Q t /Q e 与 t 的关系 甲苯的饱和吸附量达到 6.67 mmol/g，尤其是在低分
1/2
Fig. 7 Relationship between Q t /Q e and t 压（p/p 0 ≈0.029）下高于其他材料吸附量约 10 倍。

表 3 给出了甲苯在材料上的扩散时间常数和扩 动力学结果表明，甲苯分压为 1.092 kPa，温度为 25、
35 和 45 ℃时的扩散系数分别为 5.6388×10 –13 、
散系数。由表 3 可以看出，当甲苯分压为 1.092 kPa，
2
温度为 25、35 和 45 ℃时，扩散系数分别为 5.6388× 8.3312×10 –13 、16.739×10 –13 cm /s，温度越高，甲苯
2
10 –13 、8.3312×10 –13 、16.739×10 –13 cm /s，说明在相 在材料中的扩散系数越大。甲苯循环吸附-脱附实验
表明，甲苯 5 次吸脱附后材料性能基本不变，说明
同甲苯分压下，温度越高，甲苯分子的平均运动动
HKUST-1 具有很好的再生性能。因此，HKUST-1
能越大，甲苯在材料中的扩散系数越大。
在极低 VOCs 浓度的治理及气体储存方面具有很大
表 3 甲苯在 HKUST-1-b 上的扩散时间常数和扩散系数 的应用潜力。此外，室温快速制备也为 MOFs 材料
Table 3 Diffusion time constants and diffusion coefficients 工业化提供了新的思路和策略。
of toluene on HKUST-1-b
6 D M / 2 参考文献：
D M/
温度/℃ r c  D M/r c/ –1 –13 2 R [1] LI X Q, ZHANG L, YANG Z Q, et al. Adsorption materials for
2
–5
－1/2 (×10 s ) (×10 cm /s)
s volatile organic compounds (VOCs) and the key factors for VOCs
25 0.05048 22.2 5.6388 0.99776 adsorption process: A review[J]. Separation and Purification
Technology, 2020, 235: 116213-116228.
35 0.06128 32.8 8.3312 0.99654
[2] ZHANG X D, YANG Y, LYU X T, et al. Adsorption/desorption
45 0.08676 65.9 16.7390 0.99456 kinetics and breakthrough of gaseous toluene for modified
microporous-mesoporous UiO-66 metal organic framework[J].
2.4 再生循环性能 Journal of Hazardous Materials, 2019, 366: 140-150.
[3] MANSOUR E, CURLING S, STEPHAN A, et al. Absorption of
材料的再生性能是吸附剂性能的重要参数之
volatile organic compounds by different wool types[J]. Green
一，也是材料实现工业化的关键因素。图 8 是甲苯 Materials, 2016, 4(1): 1-7.
在 HKUST-1-b 上连续 5 次吸附-脱附的循环曲线。 [4] KUJAWA J, KUJAWSKI W, CYGANIUK A, et al. Upgrading of
zirconia membrane performance in removal of hazardous VOCs from
water by surface functionalization[J]. Chemical Engineering Journal,
2019, 374: 155-169.
[5] HE C, CHENG J, ZHANG X, et al. Recent advances in the catalytic
oxidation of volatile organic compounds: A review based on pollutant
sorts and sources[J]. Chemical Reviews, 2019, 119(7): 4471-4568.
[6] JIANG N, QIU C, GUO L J, et al. Plasma-catalytic destruction of
xylene over Ag-Mn mixed oxides in a pulsed sliding discharge
reactor[J]. Journal of Hazardous Materials, 2019, 369: 611-620.
[7] MUDLIAR S, GIRI B, PADOLEY K, et al. Bioreactors for treatment
of VOCs and odours—A review[J]. Journal of Environmental
Management, 2010, 91(5): 1039-1054.
[8] ZHANG Y P (张延鹏), ZHANG S Z (张胜中), WANG H T (王红
涛), et al. Research process of adsorption-separation materials for
propylene/propane separation[J]. Fine Chemicals (精细化工), 2020,

图 8 甲苯在 HKUST-1-b 上的吸附-脱附循环曲线 37(7): 1327-1333.
Fig. 8 Adsorption and desorption cycle curves of toluene [9] SUN Y X (孙亚昕), ZHANG X L (张秀玲), XI H L (习海玲), et al.
on HKUST-1-b Research progress of metal-organic frame-based flexible
composites[J]. Fine Chemicals (精细化工), 2020, 37(7): 1334-1342.

[10] CHEN J B (陈泇冰), LU Y L (鲁猷栾), HUANG L S (黄乐舒), et al.
从图 8 可以看出，材料经多次吸附-脱附循环后， Preparation of porous carbon-nanogold electrode by one-step
吸附性能基本没有改变，吸附达到饱和所需的时间 pyrolysis method for the determination of phenols[J]. Fine Chemicals
(精细化工), 2020, 37(4): 720-726.
基本不变，吸附分量也没有减少，多次脱附后只有 [11] YANG Z F (杨子飞), CAO Y (曹阳), LI J (李进). Synthesis and