u-66的合成方法研究进展

u-66的合成方法研究进展

近年来，作为一种新型多功能材料之一，金属有机骨架（mof）引起了学术界和行业的广泛关注。MOFs材料是由金属离子或金属簇与多齿有机配体自组装而形成的多孔晶体材料与大多数MOFs材料不同,UiO-66具有优异的化学稳定性、机械稳定性、热稳定性和抗水性能,其骨架结构可在500℃下保持稳定,可承受1.0MPa的机械压力,能够克服许多其他MOFs材料稳定性差的缺点,近年来UiO-66在化学防护领域显示出独特的优越性,备受研究者关注。本文介绍了UiO-66最新合成方法及其改性材料在化学防护领域中的研究进展。1关于成过程、提高产品收率的研究UiO-66性能优越,应用研究范围不断扩大,如何改善其晶体结构、简化合成过程、提高产品收率引起了学术界和工业界的广泛关注。近年来,针对UiO-66传统合成方法存在的收率低、过程复杂、环境污染等一系列问题,研究者不断对UiO-66合成原料、合成条件及新的合成方法进行了探索(表1)。1.1其他酸质体模板剂溶剂热法是制备UiO-66经典的合成方法,合成条件不同所制备的UiO-66晶体的晶粒大小、比表面积和孔隙率等存在显著差异。Cavka等有机酸常作为模板剂使用,通过与配体竞争结合金属前体来有效控制晶体结构、形貌及粒径。苯甲酸与对苯二甲酸结构类似,2011年,Schaate等除了有机酸可作为模板剂,无机酸如盐酸也是一种常见的模板剂。Barcia等1.2机械研磨法mechanoch射线技术机械研磨法是一种较为绿色的合成方法,具有操作简单、快速、成本低、环保等优点。通常认为Zr1.3微波辅助合成mofs微波合成技术以其高效的合成效率而被广泛应用于多孔材料的合成中。微波辅助法合成MOFs的优势在于:(1)能通过监测反应温度和压强而精准控制反应条件;(2)微波加热可促进晶体结晶成核,合成时间可缩短为几小时甚至几十分钟1.4可持续流法cotousandf持续流法能够有效改善反应体系传热和传质,合成效率较高,Rubio-Martinez等1.5合成其他聚合物型干胶转化法常用于无机材料合成,与溶剂热法相比,具有废弃物少、产品收率高、反应体积小及可连续生产等优点。Goekpinar等UiO-66合成通常会使用DMF溶剂和酸模板剂。DMF作为溶剂溶解度高,但毒性较强,酸模板剂可以调控UiO-66晶型,但限制了产率,同时产生大量有毒废液。Lu等Ma等2化学品的防护化学战剂(CWAs)常用于战争,毒性剧烈,无防护接触可致人受伤、致残甚至死亡。此外,有毒工业化学品(TICs)制备简单、使用频率高、应用范围广,导致公共安全事件时有发生,严重威胁人类的生命、安全与健康。因此,各国越来越重视对其防护材料的研究。UiO-66孔隙率高、比表面积大、孔道易调、易功能化且稳定性能优异,使其在TICs吸附及非均相催化降解CWAs中显示出独特的优越性。2.1氨气及病毒空气中氮氧化物(NO氨气是生产使用频率最高的无机化学物质之一,危险系数较大,广泛用在军事和民用领域。氨气能灼伤皮肤、眼睛和呼吸器官的黏膜,人吸入过多氨气会引起肺肿胀甚至死亡。Jasuja等氯气是一种剧烈窒息性气体,吸入呼吸道后会引起剧烈咳嗽、呼吸困难、肺水肿,严重时甚至导致死亡。氨基修饰的UiO-66-NH2.2高效空气过滤器Katz等Lopez-Maya等UiO-66常以微晶粉末形态存在,对化学战剂表现出优异的降解性能,但在实际应用中仍然存在加工成型困难、粉尘污染严重、传递困难等问题,不利于气体过滤器和防护服使用。因此,迫切需要采用合适功能载体负载UiO-66。Lopez-Maya等高效空气过滤器应同时具备高过滤效率和低压降等特点,以满足空气过滤需要。静电纺纳米纤维结构独特、性能优异,能够同时满足以上要求为进一步增强复合纳米纤维材料对化学战剂的催化降解性能,Lu等二氧化钛涂层可避免纳米纤维原位负载MOF时溶解,同时可促进MOF异相成核,增强化学战剂降解效率3机械研磨法和干胶转化法合成其他工业化生产锆基金属有机骨架材料UiO-66比表面积大、孔隙率高、孔道易调、易功能化,具有优异的化学稳定性、机械稳定性、热稳定性和抗水性能。通过官能团修饰或缺陷引入使得功能化的UiO-66对有毒工业化学品及化学战剂表现出优异的吸附及催化降解性能。然而其工业化生产还面临许多挑战,溶剂热法合成UiO-66的收率普遍偏低,纯化工艺繁杂,同时产生大量有机废液。机械研磨法合成过程不涉及有机溶剂,但该法难以保证产物纯度及晶型完整。微波辅助法和持续流法有望大批量合成,但至今只停留在实验室阶段。而干胶转化法产品收率高,纯化、活化过程简单且不产生有机废液,是UiO-66合成及未来工业化生产的发展方向。此外,Ui