磺酸功能化金属-有机骨架吸附脱氮性能

王朝阳 李钢 孙志国

引用本文: 王朝阳, 李钢, 孙志国. 磺酸功能化金属-有机骨架吸附脱氮性能[J]. 物理化学学报, 2013, 29(11): 2422-2428. doi: 10.3866/PKU.WHXB201309021 shu
Citation:  WANG Zhao-Yang, LI Gang, SUN Zhi-Guo. Denitrogenation through Adsorption to Sulfonated Metal-Organic Frameworks[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(11): 2422-2428. doi: 10.3866/PKU.WHXB201309021 shu

磺酸功能化金属-有机骨架吸附脱氮性能

  • 基金项目:

    国家重点基础研究发展计划项目(973)(2011CB201301)资助 (973)(2011CB201301)

摘要:

以硝基甲烷为溶剂,采用三氟甲磺酸酐(Tf2O)和浓硫酸对金属有机骨架材料MIL-101(Cr){Cr3F(H2O)2O[(O2C)-C6H4-(CO2)]3·nH2O(n~25)}进行磺酸功能化修饰,使其孔壁配体上形成磺酸基团.通过改变MIL-101(Cr)、Tf2O和浓硫酸的摩尔配比,得到含有不同磺酸基团数量的S-MIL-101(Cr),对磺化后的材料进行了X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)、氮气物理吸附、酸碱电位滴定以及热重分析(TGA)表征.结果表明,磺酸功能化后MIL-101(Cr)的孔道结构仍然保持,比表面积和孔径有所下降,表面磺酸基团的数量根据磺化程度的不同从0.21到0.42mmol·g-1不等.将磺酸功能化后的MIL-101(Cr)用于液体燃料的吸附脱氮,发现磺酸功能化能够增强MIL-101(Cr)与含氮化合物的相互作用,有利于其对碱性氮化物的吸附脱除.相对于未经磺化的样品,按照摩尔配比n(MIL-101(Cr)):n(H2SO4):n(Tf2O)=1:3:4.5反应得到的磺酸功能化MIL-101(Cr)对喹啉和吲哚的吸附量提高较大,其对喹啉和吲哚的Langmuir最大吸附量分别提高了12.2%和6.3%.通过乙醇洗涤,吸附剂可再生,经过三次再生之后的吸附剂对模拟燃料中含氮化合物的吸附量没有明显的降低.

English

    1. [1]

      (1) Furimsky, E.; Massoth, F. E. Catal. Today 1999, 52 (4), 381.doi: 10.1016/S0920-5861(99)00096-6

      (1) Furimsky, E.; Massoth, F. E. Catal. Today 1999, 52 (4), 381.doi: 10.1016/S0920-5861(99)00096-6

    2. [2]

      (2) Dong, D.; Jeong, S.; Massoth, F. E. Catal. Today 1997, 37 (3),267. doi: 10.1016/S0920-5861(97)00022-9(2) Dong, D.; Jeong, S.; Massoth, F. E. Catal. Today 1997, 37 (3),267. doi: 10.1016/S0920-5861(97)00022-9

    3. [3]

      (3) Xu, C. M.; Yang, Z. H. Petroleum Refining Engineering;Petroleum Industry Press: Beijing, 2009; pp 8-10 [徐春明, 杨朝合. 石油炼制工程. 北京: 石油工业出版社, 2009: 8-10](3) Xu, C. M.; Yang, Z. H. Petroleum Refining Engineering;Petroleum Industry Press: Beijing, 2009; pp 8-10 [徐春明, 杨朝合. 石油炼制工程. 北京: 石油工业出版社, 2009: 8-10]

    4. [4]

      (4) Schlatter, J. C.; Oyama, S. T.; Metcalfe Iii, J. E.; Lambert, J. M.,Jr. Ind. Eng. Chem. Res. 1988, 27 (9), 1648. doi: 10.1021/ie00081a014(4) Schlatter, J. C.; Oyama, S. T.; Metcalfe Iii, J. E.; Lambert, J. M.,Jr. Ind. Eng. Chem. Res. 1988, 27 (9), 1648. doi: 10.1021/ie00081a014

    5. [5]

      (5) Choi, J.; Brenner, J. R.; Colling, C.W.; Demczyk, B. G.;Dunning, J. L.; Thompson, L. T. Catal. Today 1992, 15 (2),201. doi: 10.1016/0920-5861(92)80176-N(5) Choi, J.; Brenner, J. R.; Colling, C.W.; Demczyk, B. G.;Dunning, J. L.; Thompson, L. T. Catal. Today 1992, 15 (2),201. doi: 10.1016/0920-5861(92)80176-N

    6. [6]

      (6) Song, H.; Guo, Y. T.; Li, F.; Yu, H. K. Acta Phys. -Chim. Sin.2010, 26, 2461. [宋华, 郭云涛, 李锋, 于洪坤. 物理化学学报, 2010, 26, 2461.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100937(6) Song, H.; Guo, Y. T.; Li, F.; Yu, H. K. Acta Phys. -Chim. Sin.2010, 26, 2461. [宋华, 郭云涛, 李锋, 于洪坤. 物理化学学报, 2010, 26, 2461.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100937

    7. [7]

      (7) Laredo, G. C.; Leyva, S.; Alvarez, R.; Mares, M. T.; Castillo, J.;Cano, J. L. Fuel 2002, 81 (10), 1341. doi: 10.1016/S0016-2361(02)00047-9(7) Laredo, G. C.; Leyva, S.; Alvarez, R.; Mares, M. T.; Castillo, J.;Cano, J. L. Fuel 2002, 81 (10), 1341. doi: 10.1016/S0016-2361(02)00047-9

    8. [8]

      (8) Almarri, M.; Ma, X.; Song, C. Energy Fuels 2009, 23 (8), 3940.doi: 10.1021/ef900051r(8) Almarri, M.; Ma, X.; Song, C. Energy Fuels 2009, 23 (8), 3940.doi: 10.1021/ef900051r

    9. [9]

      (9) Sun, B.; Li, G.;Wang, X. J. Nat. Gas Chem. 2010, 19 (5), 471.doi: 10.1016/S1003-9953(09)60115-8(9) Sun, B.; Li, G.;Wang, X. J. Nat. Gas Chem. 2010, 19 (5), 471.doi: 10.1016/S1003-9953(09)60115-8

    10. [10]

      (10) Kim, J. H.; Ma, X.; Zhou, A.; Song, C. Catal. Today 2006, 111 (1-2), 74.(10) Kim, J. H.; Ma, X.; Zhou, A.; Song, C. Catal. Today 2006, 111 (1-2), 74.

    11. [11]

      (11) Wu, J.; Li, X.; Du,W.; Dong, C.; Li, L. J. Mater. Chem. 2007,17 (21), 2233. doi: 10.1039/b612501h(11) Wu, J.; Li, X.; Du,W.; Dong, C.; Li, L. J. Mater. Chem. 2007,17 (21), 2233. doi: 10.1039/b612501h

    12. [12]

      (12) Zhang, H.; Li, G.; Jia, Y.; Liu, H. J. Chem. Eng. Data 2009,55 (1), 173.(12) Zhang, H.; Li, G.; Jia, Y.; Liu, H. J. Chem. Eng. Data 2009,55 (1), 173.

    13. [13]

      (13) Laredo, G. C.; Vega-Merino, P. M.; Trejo-Zárraga, F.; Castillo,J. Fuel Proces. Technol. 2013, 106, 21. doi: 10.1016/j.fuproc.2012.09.057(13) Laredo, G. C.; Vega-Merino, P. M.; Trejo-Zárraga, F.; Castillo,J. Fuel Proces. Technol. 2013, 106, 21. doi: 10.1016/j.fuproc.2012.09.057

    14. [14]

      (14) Volkringer, C.; Loiseau, T.; Férey, G.; Morais, C. M.; Taulelle,F.; Montouillout, V.; Massiot, D. Microporous Mesoporous Mat. 2007, 105 (1-2), 111.(14) Volkringer, C.; Loiseau, T.; Férey, G.; Morais, C. M.; Taulelle,F.; Montouillout, V.; Massiot, D. Microporous Mesoporous Mat. 2007, 105 (1-2), 111.

    15. [15]

      (15) Cychosz, K. A.;Wong-Foy, A. G.; Matzger, A. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130 (22), 6938. doi: 10.1021/ja802121u(15) Cychosz, K. A.;Wong-Foy, A. G.; Matzger, A. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130 (22), 6938. doi: 10.1021/ja802121u

    16. [16]

      (16) Blanco-Brieva, G.; Campos-Martin, J. M.; Al-Zahrani, S. M.;Fierro, J. Fuel 2011, 90 (1), 190. doi: 10.1016/j.fuel.2010.08.008(16) Blanco-Brieva, G.; Campos-Martin, J. M.; Al-Zahrani, S. M.;Fierro, J. Fuel 2011, 90 (1), 190. doi: 10.1016/j.fuel.2010.08.008

    17. [17]

      (17) Khan, N. A.; Jhung, S. H. Fuel Process. Technol. 2012, 100, 49.doi: 10.1016/j.fuproc.2012.03.006(17) Khan, N. A.; Jhung, S. H. Fuel Process. Technol. 2012, 100, 49.doi: 10.1016/j.fuproc.2012.03.006

    18. [18]

      (18) Maes, M.; Trekels, M.; Boulhout, M.; Schouteden, S.;Vermoortele, F.; Alaerts, L.; Heurtaux, D.; Seo, Y.; Hwang, Y.K.; Chang, J.; Beurroies, I.; Denoyel, R.; Temst, K.; Vantomme,A.; Horcajada, P.; Serre, C.; De Vos, D. E. Angew. Chem. Int. Edit. 2011, 50 (18), 4210. doi: 10.1002/anie.v50.18(18) Maes, M.; Trekels, M.; Boulhout, M.; Schouteden, S.;Vermoortele, F.; Alaerts, L.; Heurtaux, D.; Seo, Y.; Hwang, Y.K.; Chang, J.; Beurroies, I.; Denoyel, R.; Temst, K.; Vantomme,A.; Horcajada, P.; Serre, C.; De Vos, D. E. Angew. Chem. Int. Edit. 2011, 50 (18), 4210. doi: 10.1002/anie.v50.18

    19. [19]

      (19) Ahmed, I.; Hasan, Z.; Khan, N. A.; Jhung, S. H. Appl. Catal. B 2013, 129, 123. doi: 10.1016/j.apcatb.2012.09.020(19) Ahmed, I.; Hasan, Z.; Khan, N. A.; Jhung, S. H. Appl. Catal. B 2013, 129, 123. doi: 10.1016/j.apcatb.2012.09.020

    20. [20]

      (20) Wang, Z.; Cohen, S. M. Chem. Soc. Rev. 2009, 38 (5), 1315.doi: 10.1039/b802258p(20) Wang, Z.; Cohen, S. M. Chem. Soc. Rev. 2009, 38 (5), 1315.doi: 10.1039/b802258p

    21. [21]

      (21) Férey, G.; Mellot-Draznieks, C.; Serre, C.; Millange, F.; Dutour,J.; Surblé, S.; Margiolaki, I. Science 2005, 309, 2040. doi: 10.1126/science.1116275(21) Férey, G.; Mellot-Draznieks, C.; Serre, C.; Millange, F.; Dutour,J.; Surblé, S.; Margiolaki, I. Science 2005, 309, 2040. doi: 10.1126/science.1116275

    22. [22]

      (22) esten, M. G.; Juan-Alcañiz, J.; Ramos-Fernandez, E. V.; SaiSankar Gupta, K. B.; Stavitski, E.; van Bekkum, H.; Gascon, J.;Kapteijn, F. J. Catal. 2011, 281 (1), 177. doi: 10.1016/j.jcat.2011.04.015(22) esten, M. G.; Juan-Alcañiz, J.; Ramos-Fernandez, E. V.; SaiSankar Gupta, K. B.; Stavitski, E.; van Bekkum, H.; Gascon, J.;Kapteijn, F. J. Catal. 2011, 281 (1), 177. doi: 10.1016/j.jcat.2011.04.015

    23. [23]

      (23) Akiyama, G.; Matsuda, R.; Sato, H.; Takata, M.; Kitagawa,S. Adv. Mater. 2011, 23 (29), 3294. doi: 10.1002/adma.201101356(23) Akiyama, G.; Matsuda, R.; Sato, H.; Takata, M.; Kitagawa,S. Adv. Mater. 2011, 23 (29), 3294. doi: 10.1002/adma.201101356

    24. [24]

      (24) Atorngitjawat, P.; Klein, R. J.; Runt, J. Macromolecules2006, 39 (5), 1815. doi: 10.1021/ma051717f(24) Atorngitjawat, P.; Klein, R. J.; Runt, J. Macromolecules2006, 39 (5), 1815. doi: 10.1021/ma051717f

    25. [25]

      (25) Warren, D. S.; Mcquillan, A. J. J. Phys. Chem. B 2008, 112 (34),10535. doi: 10.1021/jp801838n(25) Warren, D. S.; Mcquillan, A. J. J. Phys. Chem. B 2008, 112 (34),10535. doi: 10.1021/jp801838n

    26. [26]

      (26) Ostrowska-Gumkowska, B.; Ostrowska-Czubenko, J. Euro. Poly. J. 1994, 30 (8), 869. doi: 10.1016/0014-3057(94)90017-5

      (26) Ostrowska-Gumkowska, B.; Ostrowska-Czubenko, J. Euro. Poly. J. 1994, 30 (8), 869. doi: 10.1016/0014-3057(94)90017-5

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1120
  • 文章访问数:  1911
  • HTML全文浏览量:  204
文章相关
  • 发布日期:  2013-10-30
  • 收稿日期:  2013-06-12
  • 网络出版日期:  2013-09-02
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章