目 录
1 绪论 1
1．1 金属有机骨架化合物 1
1．2 染料废水及其处理技术 5
1．3 选题背景及意义 7
2 实验条件和方法 8
2．1 实验药品 8
2．2 实验所用主要设备 8
2．3 材料的表征 9
2．4 数据处理办法 9
3 UIO-66的制备、表征和吸附实验 11
3．1 UIO-66样品的制备[15] 11
3．2 UIO-66样品的表征 11
3．3 UIO-66对亚甲基蓝的吸附 13
4 HKUST-1的制备、表征和吸附实验 18
4．1 HKUST-1样品的制备[16] 18
4．2 HKUST-1样品的表征 18
4．3 HKUST-1对亚甲基蓝的吸附 19
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
1 绪论
1．1 金属有机骨架化合物
1.1.1 金属有机骨架化合物简介
金属有机骨架化合物（Metal-Organic Frameworks，MOFs）主要是由芳香酸或碱的氮、氧多齿有机配体，通过配位键与无机中心杂环形成的立体网络晶体结构，因此又被称为多孔配位聚合物是近十年迅速发展起来的。这类材料一般以金属离子作为连接点，有机配位体制成构成空间3D延伸。金属阳离子在其中有两个方面的作用，第一是作为节点提供骨架的中枢，第二是在中枢中形成分支，增强这种特性。这类聚合物不同于沸石分子筛和一般的有机聚合物，它们的有机骨架结构可以定向设计合成，同时还有有机聚合物所不具备的电、光、磁等性质，用途十 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2 
分广泛。 由于这种材料是无机和有机的杂化材料，所以它像无机材料一样具有稳定的孔道和特定的功能，又像有机材料一样具有更大的比表面积、可设计性、孔道尺寸可以调节、孔道表面能够功能化等特点。但是与传统材料相比又具有如下特点：①产率很高。这是金属有机骨架材料应用于材料的基础条件[1]；②功能性强。可通过选择不同的金属离子与有机配体组合，合成出不同功能的金属有机骨架材料。同时，通过合成修饰方法，可引入不同性能的功能集团，进行性能调控，制备功能性金属骨架材料[2]。③仿生催化特性。一些金属骨架材料具有孤立的多核位置、动力学主客体响应及憎水孔特性，可成为仿生催化剂，建立起沸石与酶之间的桥梁。因此，金属有机骨架材料可能成为“人造酶”[3]；④对于中心离子，除了过渡金属，稀土金属的配位也开始得到广泛的研究[4]。⑤生物相容性。通过采用生物分子座位有机配体和生物相容性的金属离子，可合成具有生物相容性的生物MOF,用作生物活性物质或载体。近几年来，将金属骨架材料运用于储氢成为越来越热的一个话题，我们也相信他在储氢方面不断发展，变得越来越好。当然，也有一些问题逐渐暴露出来，比如一些金属骨架材料难以合成，不能大批量生产，在常温常压下储氢的性能不理想，储氢的机理不明确等等，即使是这样的情况，越来越多的金属骨架材料还是在不断的被合成出来，越来越多的科学家去研究它的性质并将它运用于科学实验或日常生活当中。因此，我们有理由去相信随着我们的不懈努力，金属有机骨架材料将会具有广阔的应用前景。
1.1.2 金属有机骨架化合物的合成
金属有机骨架材料的合成方法比较多，主要有溶剂热法、离子合成法、扩散法、超声法、电化学法、微波法、高通量法等。影响金属有机骨架材料合成的因素也有许多，比如温度、浓度、时间、酸碱度等，所以在合成时需要注意这些影响条件，控制好这些实验条件，操作准确，制出产品之后，还需要通过一些方法（比如X射线衍射）来对其进行表征，再和样品的标准图谱相比较，如果和样品图谱基本一致，这才能说明制得的样品是目标产品。
离子合成法需要离子液体作为溶剂，一些科学家在这方面做出了一些令人称赞的结果，但是这种方法从理论上说可以准备很多种类的金属骨架材料，但是就发展到目前的情况来讲，这种技术不够成熟，很多研究人员对这种方法还很陌生，因为只有为数不多的一些金属骨架材料是通过这种方法制备的。
微波法是一种合成效率很高的方法，这种方法合成出来的金属骨架材料的密度都很大，电磁波和可移动电荷是微波法合成过程中的两个重要的因素。微波法比传统方法节约时间，并且在制备过程中，还可以改变晶体的形态。温度、时间、浓度等因素都会影响所制备材料的性质，在实验过程中一定要严格控制这些条件以免影响目的产物的合成。
电化学法也具有微波法的快速的特点，同时还比微波法更加简便，BASF法便是一个成功的例子。在电化学合成方法当中，不允许硫酸根、硝酸根、氯离子阴离子的存在，因为他们会影响到产品的大规模制备。除了快速和简便的优点外，电化学合成可以连续操作也可以间歇操作，并且得到的固体金属有机骨架材料的纯度和产率都很高，这是实际生产中就显得很有优势。
本次试验制备两种金属骨架材料用的是溶剂热法，溶剂热法是指在高压密闭容器（比如反应釜）内，以有机物或水为溶剂，在一定的温度和溶液的自生压力下，原始混合物进行反应的合成方法。实验室比较常见溶剂有的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、甲醇、乙醇、水等。本次试验所用反应釜为带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜，溶剂分别为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）以及乙醇和水的混合物。
1.1.3 金属有机骨架化合物的应用
随着科学技术的不断进步，金属骨架材料合成技术不断发展，物质内部结构也能够被精确地探测到，所以越来越多的金属骨架材料被合成出来。此种材料不仅仅具有无机和有机材料的一些性质，还具有它们叠加之后的一些独特的性质，使得金属骨架材料在吸附与分离、分析检测、催化、存储、质子传导等方面有广泛的应用。
金属骨架材料具有特定的孔道结构，可以选择性的容纳气体分子；而且作为中心构成框架的金属离子可以与气体分子相互作用，可以充分地增强对气体的吸附作用[5]。也正是由于这种独特的孔道结构，它可以吸附一些特定的气体，而不吸附另外一些气体，比如分离氢气中的氮气、甲烷中的二氧化碳等，一些科学家成功使用金属骨架材料分离了乙烯和乙烷的混合气体，还有一些科学家也发现了某一种金属骨架材料在不同的温度下，氮气和二氧化碳的吸附量存在很大的差别，可以说金属骨架材料具有吸附和分离的作用，我们也有理由去相信该材料在工业将会被大量的投入使用，具有很好的前景。
科技的快速发展也使人们对MOFs的认识越来越深刻，对其内部结构越来越清晰，所以对其性质了解的越来越多，这样就对会把它越来越多运用于一些新的技术，在分析检测方面应用的越来越广泛就是一个很好的例子。而它之所以能运用于分析检测，主要由于它的荧光性，或者是说它的猝灭荧光的性质。比如，一些学者利用Cu(H2dtoa)能猝灭燃料的荧光以及吸附ssDNA的性质,构建了检测DNA的新方法[6]。还有一些学者合成了能够发荧光的[Cd(NDC)0.5(PCA)]Gx骨架化合物，可以选择性的检测硝基烃类炸药[7]。并且这种用检测的方法具有方便、快速、敏捷等优点。
金属骨架材料具有大的孔道以及配位点不饱和，同时具有较好的设计性，所以催化性能也得到了越来越多人的认可。虽然二十多年前有人提出金属骨架材料可以应用于催化，但是他的催化作用是到近几年才被科学家研究比部分被人们知道。首次被当做催化剂的是HKUST-1，2004年Kaskel等人的工作表明Lewis acid site可以用来催化苯甲醛或者丙酮的氰硅烷化[8]。2006年Alaerts等人也发现HKUST-1可作为一种酸催化剂[9]。除了酸催化外，还有Lewis催化、碱催化和手性催化，近几年来，金属骨架材料能当做催化剂被越来越多人研究和证实。

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