Page 126 - 《精细化工》2023年第3期

·582· 精细化工 FINE CHEMICALS
从图 13a 可以看出，经过 4 次循环后，3 种
ZIF-8-PLs 均表现出较好的循环稳定性。其中，
ZIF-8-PLs(1400)的循环稳定性最好，CO 2 吸附容量
仅降低 2%；ZIF-8-PLs(43)和 ZIF-8-PLs(145)的 CO 2
吸附容量分别降低了 5%和 10%。经 5 次吸附-解
吸循环后，从多孔液体中分离出 ZIF-8 纳米颗粒（将
多孔离子液体以 8000 r/min 离心，用甲醇充分洗涤，
在 60 ℃真空干燥箱中干燥 12 h）后进行相关表征。
不同粒径 ZIF-8 纳米颗粒的晶体结构、微观形貌、
N 2 吸/脱附曲线以及孔径分布图分别如图 13b、c~
e、f、g 所示。表 5 为不同粒径 ZIF-8 经 4 次循环
后的比表面积、孔体积和孔径。图 13 中 XRD 谱
图显示，不同粒径的 ZIF-8 纳米颗粒均具有较高
的结晶度，且无新的衍射峰出现；HRTEM 结果显
示，多孔材料依然保持完整的菱形十二面体结构；
从 N 2 吸/脱附曲线、孔径分布图及表 5 可以看出，
经过多次循环使用后，由于 ZIF-8(43)和 ZIF-8(145)
的稳定性稍弱，比表面积、孔体积及孔径稍有下降，
而 ZIF-8(1400)的孔体积和孔径与循环使用前基本
保 持一致 ，比 表面积 略微 减小， 再次 证明了
ZIF-8-PLs(1400)具有较好的循环稳定性。
表 5 不同粒径 ZIF-8 经 4 次循环后的比表面积、孔体积
和孔径
Table 5 Specific surface area, pore volume and pore size
of ZIF-8 with different particle sizes after 4 cycles
样品 比表面积/(m /g) 孔体积/(cm /g)
3
2
ZIF-8(43) 1632 0.56
ZIF-8(145) 1614 0.60
ZIF-8(1400) 1185 0.42
3 结论
采用粒径调控策略分别制备了 ZIF-8(43)、ZIF-
8(145)和 ZIF-8(1400)，并利用上述不同粒径的 ZIF-8
成功合成了多孔液体 ZIF-8-PLs，进而探究了 ZIF-8
粒径对多孔液体流动性、稳定性、碳捕集性能的影
响 。结果 表明 ，基于 不同 粒径 ZI F - 8 合成 的
多孔液体均具有永久孔隙结构、较好的流动性和稳
定性。在相同 ZIF-8 质量分数下，ZIF-8-PLs(43)对
CO 2 的饱和吸附容量最大，这与 ZIF-8(43)具有较高
的比表面积和较小的内扩散阻力有关。动力学结果
表明，利用不同粒径 ZIF-8 合成的多孔液体吸附 CO 2
过程包括物理吸附和化学吸附两种方式，ZIF-8-
PLs(145)对 CO 2 的吸附速率最快。热力学实验表明，
多孔液体吸附 CO 2 过程为放热反应。在 CO 2 /N 2 选择
性方面，ZIF-8-PLs(1400)展现了优异的气体选择性，
其对 CO 2 /N 2 的选择性是 ZIF-8-PLs(43)的 4.7 倍。循
第 40 卷
环稳定性实验表明，经过 5 次吸附-解吸循环后，不
同 ZIF-8-PLs 均具有良好的再生性能。综上，利用
粒径调控策略能够有效地调控 MOF 基多孔液体的
流动性、稳定性、CO 2 捕集能力以及气体选择性等。
本文的 MOF 基多孔液体粒径调控策略，对于多孔液
体的研究具有重要意义，不仅可以为基于 ZIF-8 固
体材料制备高性能多孔液体吸附剂提供理论指导，
还可为利用其他多孔材料（ZIF-67、ZSM-5、UiO-66
等）制备多孔液体提供借鉴意义。
参考文献：
[1] LI L, ZHAO N, WEI W, et al. A review of research progress on CO 2
capture, storage, and utilization in Chinese Academy of Sciences[J].
Fuel, 2013, 108: 112-130.
[2] XIAN S, XU F, MA C, et al. Vapor-enhanced CO 2 adsorption
mechanism of composite PEI@ZIF-8 modified by polyethyleneimine
for CO 2/N 2 separation[J]. Chemical Engineering Journal, 2015, 280:
363-369.
[3] POKHREL J, BHORIA N, ANASTASIOU S, et al. CO 2 adsorption
behavior of amine-functionalized ZIF-8, graphene oxide, and ZIF-8/
graphene oxide composites under dry and wet conditions[J]. Microporous
and Mesoporous Materials, 2018, 267: 53-67.
[4] AMMENDOLA P, RAGANATI F, CHIRONE R, et al. Fixed bed
adsorption as affected by thermodynamics and kinetics: Yellow tuff
for CO 2 capture[J]. Powder Technology, 2020, 373: 446-458.
[5] HE S, CHEN L, CUI J, et al. General way to construct micro- and
mesoporous metal-organic framework-based porous liquids[J]. Journal of
the American Chemical Society, 2019, 141(50): 19708-19714.
[6] WEN H (温翯), HAN W (韩伟), CHE C X (车春霞), et al. Post-
combustion carbon dioxide capture technology development and
application[J]. Fine Chemicals (精细化工), 2022, 39(8): 1584-1595, 1632.
[7] O'REILLY N, GIRI N, JAMES S L. Porous liquids[J]. Chemistry-A
European Journal, 2007, 13(11): 3020-3025.
[8] ZOU Y H, HUANG Y B, SI D H, et al. Porous metal-organic
framework liquids for enhanced CO 2 adsorption and catalytic
conversion[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2021,
孔径/nm 60(38): 20915-20920.
[9] LI P, CHEN H, SCHOTT J A, et al. Porous liquid zeolites: Hydrogen
0.95 bonding-stabilized H-ZSM-5 in branched ionic liquids[J]. Nanoscale,
0.95 2019, 11(4): 1515-1519.
[10] KEARSEY R J, ALSTON B M, BRIGGS M E, et al. Accelerated
0.94
robotic discovery of type Ⅱ porous liquids[J]. Chemical Science,
2019, 10(41): 9454-9465.
[11] GIRI N, DEL PÓPOLO M G, MELAUGH G, et al. Liquids with
permanent porosity[J]. Nature, 2015, 527(7577): 216-220.
[12] GIRI N, DAVIDSON C E, MELAUGH G, et al. Alkylated organic
cages: From porous crystals to neat liquids[J]. Chemical Science,
2012, 3(6): 2153-2157.
[13] ABRAHA Y W, TSAI C W, NIEMANTSVERDRIET J W H, et al.
Optimized CO 2 capture of the zeolitic imidazolate framework ZIF-8
modified by solvent-assisted ligand exchange[J]. ACS Omega, 2021,
6(34): 21850-21860.
[14] CHO K Y, AN H, DO X H, et al. Synthesis of amine-functionalized
ZIF-8 with 3-amino-1,2,4-triazole by postsynthetic modification for
efficient CO 2-selective adsorbents and beyond[J]. Journal of Materials
Chemistry A, 2018, 6(39): 18912-18919.
[15] TSAI C W, NIEMANTSVERDRIET J W, LANGNER E H G.
Enhanced CO 2 adsorption in nano-ZIF-8 modified by solvent assisted
ligand exchange[J]. Microporous and Mesoporous Materials, 2018,
262: 98-105.
[16] LIU H, LIU B, LIN L C, et al. A hybrid absorption-adsorption
method to efficiently capture carbon[J]. Nat Commun, 2014, 5: 5147.
[17] SHAN W D, FULVIO P F, KONG L Y, et al. New class of type Ⅲ
porous liquids: A promising platform for rational adjustment of gas
sorption behavior[J]. ACS Appl Mater Interfaces, 2018, 10(1): 32-36.
[18] WU Y W, WANG D C, LI P P, et al. Zeolitic imidazolate frameworks
based porous liquids for promising fluid selective gas sorbents[J].
Journal of Molecular Liquids, 2021, 342: 117522.
[19] LI X Q, WANG D C, NING H L, et al. An electrostatic repulsion
strategy construct ZIFs based liquids with permanent porosity for
efficient CO 2 capture[J]. Separation and Purification Technology,
2021, 276: 119305.