ZIF-8的合成、 表征及正己烷吸附性能

劉克峰, 任丹妮, 孫　輝, 沈本賢, 劉紀昌

(華東理工大學石油加工研究所, 上海 200237)

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ZIF-8的合成、 表征及正己烷吸附性能

劉克峰, 任丹妮, 孫輝, 沈本賢, 劉紀昌

(華東理工大學石油加工研究所, 上海 200237)

以甲醇為溶劑, 硝酸鋅六水合物為鋅源, 2-甲基咪唑為有機配體, 通過溶劑熱法合成了金屬有機骨架材料ZIF-8; 采用X射線衍射(XRD)、 氮氣吸附、 熱重-差熱分析(TG-DSC)和掃描電子顯微鏡(SEM)等方法對ZIF-8樣品進行了表征; 研究了正己烷在ZIF-8上的液相吸附動力學和動態選擇性吸附性能. 結果表明, 合成的ZIF-8晶體具有方鈉石結構, 結晶度較高, 孔結構主要為0.37～1.10 nm的微孔, BET比表面積為1836 m2/g, 孔體積為0.65 cm3/g. TG-DSC和高溫原位XRD分析結果表明, 合成的ZIF-8具有良好的熱穩定性能. 283～313 K時, 正己烷在ZIF-8上液相吸附的擴散系數為(2.53～8.88)×10-12cm2/s, 擴散活化能為31.11 kJ/mol; 308 K時, ZIF-8對正己烷的動態飽和吸附量為187.3 mg/g, 由吸附穿透曲線計算得出Thomas速率常數為2.17×10-3mL·min-1·mg-1. 與5A分子篩相比, ZIF-8對正己烷的吸附容量高出約1倍, 液相吸附表觀擴散時間常數高出約70%.

ZIF-8; 正己烷; 吸附動力學; 吸附容量; 動態吸附

基于分子管理的吸附分離工藝[1,2], 通過將石腦油中的正構烷烴高效分離, 針對烴類分子轉化規律的不同, 在分子尺度上實現了石腦油中同族分子的定向配置和高效轉化, 顯著提高了石腦油的綜合利用效率. 目前, 工藝所使用的吸附劑主要為5A分子篩[3], 由于受A型分子篩α籠吸附容量的制約, 尤其是采用有黏結劑分子篩吸附劑時, 吸附/脫附操作切換頻繁, 同時受正構烷烴在分子篩微孔內擴散速率的影響, 限制了吸附床層利用效率的提高[4].

金屬-有機骨架材料(Metal-organic frameworks, MOFs)是一類由金屬中心與有機配體通過共價鍵或離子-共價鍵連接構筑的具有規則孔道結構的有機-無機雜化納米多孔材料[5,6]. 與沸石分子篩等無機多孔材料相比, MOFs具有孔隙率高、 比表面積大且結構可調控等優點, 因而成為新材料領域的研究熱點與前沿之一[6,7]. 而作為MOFs材料的一個子類, 沸石咪唑酯骨架結構材料(Zeolitic imidazolate frameworks, ZIFs)是由Zn2+, Co2+等金屬離子和咪唑或咪唑衍生物配體在有機溶劑中合成的一種具有沸石結構的金屬-有機骨架材料, 其中的ZIF-8首先由陳小明課題組合成并命名為MAF-4[8], 后經Yaghi課題組進一步系統研究并正式命名為ZIF-8[9], 因其具有熱穩定性、 化學穩定性和吸附-脫附性能等方面的諸多優勢[10,11], 在氣體儲存[12]、 分離[13]和催化[14]等領域的相關研究工作已被廣泛開展. Bárcia等[15]和Peralta等[16]分別在小型固定床吸附器上研究了MOF-1和ZIF-8等金屬-有機骨架結構對正己烷和具有不同支鏈的異構烷烴構成的二元混合物體系的選擇性吸附分離效果. Zhang等[17]則研究了ZIF-8對正戊烷/異戊烷的吸附分離性能.

本文采用溶劑熱法制備ZIF-8, 采用XRD、 氮氣吸附、 TG-DSC和SEM等方法對合成的ZIF-8進行表征, 進而以石腦油中所含主要正構烷烴組分正己烷為對象, 研究正己烷在ZIF-8上的吸附平衡和動力學特性, 以及正己烷/環己烷混合物在ZIF-8固定床上的動態選擇性吸附分離性能, 以期為基于新型材料ZIF-8為吸附劑的石腦油中正構烷烴吸附分離工藝技術的開發奠定基礎.

1　實驗部分

1.1試劑

六水合硝酸鋅[Zn(NO3)2·6H2O, 分析純, 上海泰坦科技股份有限公司]; 2-甲基咪唑[C4H6N2, 純度99.9%, 雅邦化工(上海)有限公司]; 甲酸鈉(HCOONa, 分析純, 上海泰坦科技股份有限公司); 甲醇(CH3OH, 分析純, 國藥集團化學試劑有限公司); 5A分子篩參照文獻[18]方法自制.

1.2ZIF-8的制備

[19]方法制備ZIF-8. 依次稱取一定量的2-甲基咪唑、 硝酸鋅六水合物和無水甲酸鈉溶于一定體積的甲醇中, 將混合溶液轉移到超聲池中超聲溶解至澄清, 然后轉移至內襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜中. 恒溫下攪拌反應一定時間, 過濾并于150 ℃下真空干燥3 h后, 得到ZIF-8樣品, 置于干燥器中備用.

1.3表征測試

XRD表征采用日本理學公司D/max 2550型X射線衍射儀, CuKα射線, 管電壓40 kV, 管電流100 mA, 掃描范圍2θ=3°～45°, 掃描速率10°/min, 步長0.01°. 高溫原位XRD分析在氧氣氛下進行, 氧氣流速20 mL/min, 樣品在原位池中以10 ℃/min的速率升溫至850 K, 并在該溫度下進行XRD掃描.

樣品的孔結構利用貝士德儀器科技(北京)有限公司3H-2000 PM1型物理吸附儀采用氮氣吸附法進行測定. 將ZIF-8樣品于150 ℃下脫氣處理6 h后, 在77 K和氮氣相對壓力p/p0=10-6～1的范圍內進行吸附, 測得樣品的吸附等溫線后采用BET方法計算比表面積, 采用DFT方法計算孔容和孔徑分布.

采用美國FEI公司NOVA NanoSEM 450型掃描電子顯微鏡對ZIF-8樣品的微觀形貌進行分析. 樣品分析前均經過噴鉑處理, 加速電壓為15 kV.

熱重-差熱掃描量熱(TG-DSC)分析在德國Netzsch STA 409 PC/PG型分析儀上進行, 空氣氣氛, 氣體流速20 mL/min, 升溫速率10 ℃/min.

1.4混合溶液的配制及組成分析

配制正己烷質量分數約為5%的正己烷/環己烷二元混合溶液, 以此為模型油研究ZIF-8對正構烷烴的選擇性吸附性能. 模型油組成采用上海海欣色譜儀器有限公司GC-920型氣相色譜儀(配有FID檢測器)進行分析. 色譜柱為高彈性石英毛細管色譜柱, 固定液為OV-101, 柱長50 m, 內徑0.2 mm. 分析條件: 柱箱溫度50 ℃, 分流比40∶1, 載氣為高純氮氣, 氣化室溫度200 ℃, 檢測器溫度200 ℃, 進樣體積0.5 μL, 采用外標法定量二元混合溶液中正己烷濃度.

1.5靜態吸附實驗

一定溫度下, 向25 mL具塞磨口錐形瓶中加入約10 g的模擬油, 然后加入精確稱量的0.5 g ZIF-8或分子篩樣品. 將混合液置于恒溫振蕩器中, 在200 r/min下間隔一定時間取樣分析液相正己烷濃度, 并根據下式計算吸附量Qt, 至吸附量達到恒定值, 得到該溫度下的靜態飽和吸附量Qm:

(1)

式中:Q(mg/g)為吸附量;w0和w分別為吸附前后模擬油中正己烷的質量分數;m1(g)為模擬油質量;m2(g)為吸附劑(ZIF-8或5A分子篩)質量.

1.6動態吸附實驗

動態吸附實驗在自制的固定床吸附柱中進行. 將質量約0.5 g的合成ZIF-8填入吸附柱內(吸附柱直徑d=1.1 cm; 吸附劑裝填高度h=1.6 cm), 由恒壓平流泵將上述配制的模型油由上而下泵入吸附柱中, 間隔一定時間在出口處取樣, 分析其中正己烷含量, 至出口料液組成與原料相同時結束. 由所得數據繪制出流出液中正己烷濃度隨進料時間的變化曲線, 即吸附穿透曲線.

2　結果與討論

2.1XRD表征

Fig.1　　　　Experimental and simulated XRD patterns of ZIF-8a. Simulated pattern; b. experimental pattern; c. high-temperature in situ sample.

ZIF-8樣品的XRD分析結果如圖1譜線b所示, 其與根據ZIF-8理論結構模擬得到的譜圖(圖1譜線a)吻合, 表明合成的樣品為單一相的ZIF-8晶體骨架結構, 結晶度較好.

2.2孔結構分析

ZIF-8樣品的N2吸附-脫附等溫線和微孔孔徑分布結果如圖2所示. 從圖2(A)可知, ZIF-8的N2吸附-脫附等溫線為Ⅰ型等溫線, 無滯后環, 表明其具有典型的微孔結構, 不含介孔; 由圖2(B)可知, ZIF-8具有多級微孔結構, 孔徑主要分布在0.37～1.10 nm, 且主要為0.4～0.7 nm和0.75～1.0 nm 2種微孔. BET比表面積為1836 m2/g, 孔體積為0.65 cm3/g, 屬于文獻[10,11,20～23]報道中的較高值.

Fig.2　　　　N2 adsorption-desorption isotherms(A) and micropore size distribution(B) of ZIF-8

2.3SEM表征

圖3為ZIF-8樣品的掃描電子顯微鏡照片. 可見, 合成的ZIF-8晶體具有規則的十二面體方鈉石結構[11]. 選取樣品不同位置的2張SEM照片, 對其中的約50～100個晶體顆粒尺寸進行統計, 得到樣品的晶體尺寸范圍為0.5～4.5 μm, 平均晶粒尺寸約為3.0 μm.

Fig.3　　　　SEM images of ZIF-8 with different magnifications

2.4TG-DSC分析

Fig.4　　　　TG-DSC curves of ZIF-8

ZIF-8樣品的TG-DSC分析結果如圖4所示, 由DSC曲線可見, ZIF-8樣品的初始失重溫度在約620 K, 在溫度不高于620 K時, 樣品結構穩定. 隨著溫度的升高, TG曲線出現2個明顯的失重階段, 分別發生在620～730 K和730～850 K的溫度范圍內, 對應的失重約為33.10%和31.42%. 該失重是因為ZIF-8骨架中有機配體在氧氣氛圍中不同的溫度下被分階段氧化除去, 當溫度升高至850 K以上時, 樣品質量不再發生變化, 最終的樣品質量占初始ZIF-8樣品的35.48%.

采用氧氣氣氛, 在850 K下ZIF-8樣品的高溫原位XRD分析結果如圖1譜線c所示, 可見ZIF-8的特征峰均消失, 表明晶體骨架結構被破壞, 同時樣品譜圖中出現了ZnO的3個特征峰, 表明ZIF-8樣品高溫氧化后的產物為ZnO. 根據理論的化學組成計算得到ZIF-8結構中ZnO的質量分數為35.8%, 這與TG分析實驗結果相符, 同時也與高溫原位XRD的分析結果一致. 由此可見ZIF-8樣品具有較高的晶體純度, 樣品中不含溶劑或未轉化的反應物, 同時作為溶劑的甲醇亦并未進入到ZIF-8骨架結構中, 這與文獻[24,25]報道一致.

2.5吸附動力學

Fig.5　　　　Adsorption rate curves of n-hexane on ZIF-8Qt/Qm: adsorption equilibrium approaching degree. The solid lines represent fitting results.

圖5示出了吸附溫度為283, 298和313 K時, 模型油中正己烷在ZIF-8上的吸附速率曲線, 正己烷初始質量濃度為4.7%. 比較不同溫度下的吸附速率曲線可知, 在吸附開始后的前20 min內, 正己烷在ZIF-8上的吸附量隨著吸附時間的延長而迅速增大, 根據吸附溫度的不同, 各體系在不同時間達到吸附平衡. 溫度越高, 達到吸附平衡的時間越短, 即吸附速率越快. 溫度為283, 298和313 K時達到靜態吸附飽和的時間分別約為80, 40和20 min. 對比不同溫度下的靜態飽和吸附量可知, 隨著吸附溫度的升高, 吸附量下降. 298 K時, 正己烷在ZIF-8上的靜態飽和吸附量為224.2 mg/g; 相同條件下, 5A分子篩對正己烷的靜態飽和吸附量為118.3 mg/g, 可見ZIF-8對正己烷的吸附量比5A分子篩高出約1倍, 在吸附容量上具有明顯優勢. 這主要是因為ZIF-8具有更大的孔容, 單位晶胞可以容納更多正構烷烴分子, 因此單位重量的樣品吸附容量更高.

擴散速率是表征吸附質分子在吸附劑內部擴散快慢的參數, 可以根據Fick第二定律計算得到. 當吸附劑顆粒可近似球形處理時, 忽略吸附過程中的溫度梯度. 顆粒內部分子的濃度隨時間的變化可以用下式的吸附動力學模型描述[26]:

(2)

式中:D/r2(s-1)為吸附質分子在晶體顆粒內的表觀擴散時間常數;r(cm)為顆粒半徑(對于微孔擴散控制r為晶體半徑rc; 對于大孔擴散控制r為吸附劑顆粒半徑rp);D(cm2/s)為擴散系數;t(s)為吸附時間;Qt和Qm(mg/g)分別為t時刻及吸附達平衡時正己烷的吸附量.

為便于擬合, 可進一步取式(2)的等式右邊指數項的前3項, 得到下式所示簡化的吸附動力學模型:

(3)

采用式(3)的模型對吸附速率曲線進行擬合, 擬合得到不同溫度下的吸附速率曲線如圖5中實線所示, 可見擬合效果較好,R2均在0.95以上. 計算得到的表觀擴散時間常數和擴散系數列于表1. 由表1中吸附動力學參數計算結果可知, 溫度越高, 正己烷在ZIF-8上的表觀擴散時間常數D/r2和擴散系數D越大, 這解釋了溫度越高, 吸附速率越快的實驗現象. 當吸附溫度為283～313 K時, 正己烷在ZIF-8上的吸附擴散系數為(2.53～8.88)×10-12cm2/s. 研究[27]表明, 在相同的液相吸附條件下, 293 K時正己烷在無黏結劑5A分子篩上的液相吸附表觀擴散時間常數為1.48×10-4s-1. 比較可知, 正己烷在ZIF-8上的表觀擴散時間常數比5A分子篩高出約70%.

Table 1　　　　Kinetics parameters for adsorption of n-hexane on ZIF-8

吸附擴散活化能可根據不同溫度下的擴散系數由下式所示的Arrhenius方程[28]計算:

(4)

式中:D0為指前因子, cm2/s;E為擴散活化能, kJ/mol;R為氣體常數, 8.314 J·mol-1·K-1. 計算得到的擴散活化能為31.11 kJ/mol.

2.6動態吸附性能

Fig.6　Adsorption breakthrough curve of n-hexane on a fixed bed filled with ZIF-8 The solid line represents fitting breakthrough curve.

圖6為308 K下正己烷在ZIF-8床層上的吸附穿透曲線, 模型油原料中正己烷質量分數為4.7%, 模型油密度為0.7685 g/mL. 由圖6可知, 吸附初始階段, 正己烷濃度接近0, 吸附時間為50 min時, 吸余油中正己烷含量為0.11%, 繼續進料, 正己烷濃度開始增加, 表明床層開始穿透, 至136 min時吸余油中正己烷濃度與原料接近, 表明床層達到動態吸附飽和.

實驗得到的吸附穿透曲線可采用下式所示的Thomas模型[29]進行擬合:

(5)

式中:Kth(mL·min-1·mg-1)為Thomas速率常數;q0(mg/g)為單位質量吸附劑的動態飽和吸附量;υ(mL/min)為流速;t(min)為吸附時間;c0(mg/mL)為進料中正己烷濃度;ct(mg/mL)為t時刻流出液中正己烷濃度;m(g)為吸附柱中吸附劑裝填量. 本文中m=0.5 g,υ= 0.03 mL/min,Kth=2.17×10-3mL·min-1·mg-1,q0=187.3 mg/g, 吸附穿透時間t1=49 min, 吸附飽和時間t2=124 min.

正己烷在ZIF-8床層上的吸附穿透曲線擬合結果如圖6中實線所示. 由擬合結果可知, Thomas速率常數Kth(2.17×10-3mL·min-1·mg-1)和動態飽和吸附量q0(187.3 mg/g)均高于文獻[16]中報道的ZIF-8在398 K及13.3 kPa條件下分別對正己烷/3-甲基戊烷、 正己烷/2,2-二甲基丁烷氣相二元混合物中正己烷的動態飽和吸附量(分別為138.7和153.4 mg/g). 取ct/c0=5%時為穿透點, 95%時為飽和點, 計算得到穿透時間t1為49 min, 床層達到動態吸附飽和時間t2為124 min. 擬合得到正己烷在ZIF-8床層上動態吸附的Thomas模型:

(6)

3　結　　論

采用溶劑熱法制備了具有較高結晶度的ZIF-8, 晶體具有規則十二面體的方鈉石結構并具有多級微孔結構. TG-DSC和高溫原位XRD分析結果表明, ZIF-8的熱穩定性能良好, 在溫度不高于620 K時, 其結構穩定. 正己烷在ZIF-8上的吸附速率隨著溫度升高而加快, 與5A分子篩相比, 合成ZIF-8的正己烷吸附容量高出約1倍, 液相吸附表觀擴散時間常數高出約70%, 在吸附容量和吸附速率上均具有明顯優勢. 動態吸附實驗結果表明, 溫度308 K時, 模型油中正己烷在ZIF-8吸附床層上的Thomas模型為ct/c0=1/[exp(6.7864-0.07838t)+1], Thomas速率常數Kth=2.17×10-3mL·min-1·mg-1, 動態飽和吸附量q0=187.3 mg/g.

參考文獻

[ 1 ]Liu J. C., Shen B. X., Sun H.,AdsorptionScienceandTechnology, 2008, 26(7), 523—531

[ 2 ]Liu J. C., Shen B. X., Sun H.,AdsorptionScienceandTechnology, 2006, 24(4), 311—320

[ 3 ]Cao X., Liu J. C., Shen B. X., Sun H.,PetroleumRefiningTechnologies, 2013, 44(4), 45—50(曹昕, 劉紀昌, 沈本賢, 孫輝. 石油煉制與化工, 2013, 44(4), 45—50)

[ 4 ]Sun H., Shen B. X., Qiao X.,PetroleumRefiningTechnologies, 2011, 42(5), 45—49(孫輝, 沈本賢, 焦鑫. 石油煉制與化工, 2011, 42(5), 45—49)

[ 5 ]Zhong C. L., Liu D. H., Yang Q. Y.,Structure-functionRelationshipandDesignofMetalOrganicFrameworkMaterials, Science Press, Beijing, 2013, 1—2(仲崇立, 劉大歡, 楊慶元. 金屬-有機骨架材料的構效關系及設計, 北京: 科學出版社, 2013, 1—2)

[ 6 ]Zhou H. C., Long J. R., Yaghi O. M.,Chem.Rev., 2012, 112(2), 673—674

[ 7 ]Wang H. J., Zhu G. S., Zhang K. Y., Sun F. Y., Qiu S. L.,Chem.J.ChineseUniversities, 2009, 30(1), 11—13(王海君, 朱廣山, 張可勇, 孫福興, 裘式綸. 高等學校化學學報, 2009, 30(1), 11—13)

[ 8 ]Huang X. C., Lin Y. Y., Zhang J. P.,Angew.Chem.Int.Ed., 2006, 45, 1557—1559

[10]Banerjee R., Phan A., Wang B.,Science, 2008, 5865, 939—943

[11]Kuesgens P., Rose M., Senkovska I.,MicroporousandMesoporousMaterials, 2009, 120(3), 325—330

[12]Zhang Q.,StudyonMolecularSimulationofStoringCH4andCO2byAdsorption-WaterCouplingMethod, China University of Petroleum, Beijing, 2012(張倩. 吸附-水合耦合法儲存甲烷和二氧化碳的分子模擬研究, 北京: 中國石油大學, 2012)

[13]Zhang C. F., Dong L. L., Bai Y. X., Dong J., Sun Y. L.,MembraneScienceandTechnology, 2013, 33(4), 88—93(張春芳, 董亮亮, 白云翔, 顧瑾, 孫余憑. 膜科學與技術, 2013, 33(4), 88—93)

[14]Nguyen L. T. L., Le K. K. A., Phan N. T. S.,Chin.J.Catal., 2012, 33(4), 688—696

[15]Bárcia P. S., Zapata F., Silva J. A. C., Rodrigues A. E., Chen B. L.,J.Phys.Chem.B, 2007, 111(22), 6101—6103

[16]Peralta D., Chaplais G., Simon-Masseron A.,Industrial&EngineeringChemistryResearch, 2012, 51(12), 4692—4702

[17]Zhang L., Qian G., Liu Z. J., Cui Q., Wang H. Y., Yao H. Q.,Separation&PurificationTechnology, 2015, 156, 472—479

[18]Sun H., Shen B. X.,Adsorption, 2012, 18(2), 103—111

[19]Jason A. G., Jaeyub C., Sankar N., David S. S.,J.Phys.Chem.C, 2013, 117(6), 3169—3176

[20]Shi Q., Chen Z. F., Song Z. W., Li J. P., Dong J. X.,QuarterlyJournaloftheJapanWeldingSociety, 2011, 9(1), 143—149

[21]Huang X. C., Lin Y. Y., Zhang J. P., Chen X. M.,Angew.Chem.Int.Ed., 2006, 118(10), 1587—1589

[22]Duan C. J., Cao Y. M., Jie X. M., Wang L. N., Yuan Q.,Chem.J.ChineseUniversities, 2014, 35(7), 1584—1589(段翠佳, 曹義鳴, 介興明, 王麗娜, 袁權. 高等學校化學學報, 2014, 35(7), 1584—1589)

[23]Cravillon J., Nayuk R., Springer S., Feldhoff A., Huber K., Wiebcke M.,ChemistryofMaterials, 2011, 23(8), 2130—2141

[24]Bux H., Liang F. Y., Li Y. S., Cravillon J., Wiebcke M., Caro J.,J.Am.Chem.Soc., 2009, 131(44), 16000—16001

[25]Cravillon J., Münzer S., Lohmeier S. J., Feldhoff A., Huber K., Wiebcke M.,Chem.Mater., 2009, 21(8), 1410—1412

[26]Seiichi K., Tatsuo I., Ikuo A.,AdsorptionScience, Translated by Li G. X., Chemical Industry Press, Beijing, 2005, 147—148(Seiichi K., Tatsuo I., Ikuo A., 李國希[譯]. 吸附科學, 北京: 化學工業出版社, 2005, 147—148)

[27]Sun H.,StudyonHigh-PerformanceAdsorbentMaterialforImprovingMolecularScaleMangementFunctionsofNaphtha, East China University of Science and Technology, Shanghai, 2009, 75—76(孫輝. 提高石腦油分子管理功能的高效吸附材料研究. 上海: 華東理工大學, 2009, 75—76)

[28]Hu Y., Lü R. D., Liu G. J., Hei E. C.,PhysicalChemistry, Higher Education Press, Beijing, 2007(胡英, 呂瑞東, 劉國杰, 黑恩成. 物理化學, 北京: 高等教育出版社, 2007

[29]Li M., Zhang Q.,PrincipleofWaterTreatment, Wuhan University of Technology Press, Wuhan, 2013,129(李孟, 張倩. 給水處理原理, 武漢: 武漢理工大學出版社, 2013, 129)

(Ed.: V, Z, K)

? Supported by the Natural Science Foundation of Shanghai, China(No.16ZR1408100).

Synthesis, Characterization andn-Hexane Adsorption Performance of ZIF-8?

LIU Kefeng, REN Danni, SUN Hui*, SHEN Benxian, LIU Jichang

(PetroleumProcessingResearchCenter,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237,China)

The zeolitic imidazolate framework ZIF-8 was synthesized through a solvothermal process employing methanol as the solvent, zinc nitrate hexahydrate and 2-methylimidazole as zinc source and organic ligand, respectively. The products were characterized by means of XRD, N2adsorption, TG-DSC and SEM. In addition, selective adsorption performance forn-hexane on ZIF-8 was investigated. It is indicated that synthesized ZIF-8 has the sodalite crystal structure and a high crystallinity. From the N2adsorption results, ZIF-8 product has a pore size range of 0.4—1.1 nm, BET specific surface area of 1836 m2/g and pore volume of 0.65 cm3/g. Both TG-DSC and high-temperatureinsituXRD analyses suggest its excellent thermal stability. As the temperature increases from 283 to 313 K, the diffusion coefficient forn-hexane adsorption on ZIF-8 varies from 2.53×10-12to 8.88×10-12cm2/s and diffusion activation energy is evaluated to be 31.11 kJ/mol. At 308 K, the dynamic adsorption capacity and Thomas adsorption rate constant forn-hexane on ZIF-8 are 187.3 mg/g and 2.17×10-3mL·min-1·mg-1, respectively. As compared to 5A molecule sieve, ZIF-8 displays around 100% higher adsorption capacity and almost 70% faster diffusion rate.

ZIF-8;n-Hexane; Adsorption kinetics; Adsorption capacity; Dynamic adsorption

10.7503/cjcu20160263

2016-04-20. 網絡出版日期: 2016-09-18.

上海市自然科學基金(批準號: 16ZR1408100)資助.

O647

A

聯系人簡介: 孫輝, 男, 博士, 副教授, 主要從事高性能多孔材料的合成及吸附性能研究. E-mail: sunhui@ecust.edu.cn