苯/水在不同MOFs結構材料上的競爭吸附性能研究

潘婷婷 劉芳 王建成 鮑衛仁 胡江亮 王兵

摘 要：通過溶劑熱法合成了4種不同骨架性質的金屬-有機框架（Metal-Organic Frameworks，MOFs）MIL-101，MIL-Z1，A520和Zr-Fuma，表征了其物化性質和結構，結合靜態吸附、動態吸附測試研究了苯、水在MOFs上的吸附行為.結果表明，MIL-101的高比表面積是其具有最高苯飽和吸附量的關鍵因素；根據理想吸附溶液理論（Ideal Adsorbed Solution Theory，IAST），具有配位飽和結構、弱極性的MIL-101，MIL-Z1，A520對苯/水表現出良好的競爭吸附選擇性，其中超微孔A520的選擇性高達12.7，具有最佳低濃度苯的捕獲能力；動力學擬合顯示苯吸附主要符合準一級動力學，為物理吸附，水的吸附符合準二級動力學，以化學吸附為主，但缺陷位的存在使得Zr-Fuma對苯吸附以化學吸附為主；苯和水對MOFs再生能力的影響不同，水對再生性的影響更大.

關鍵詞：MOFs；苯吸附；水吸附；吸附機制

中圖分類號：X511;TQ424文獻標志碼：A

揮發性有機物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是形成PM2.5，O3的重要前驅物，對生態環境和人體健康會產生嚴重危害［1-3］.隨著環境保護要求的不斷提高，VOCs已成為協同治理大氣污染的關鍵污染物之一［4］.苯系物是一類典型的VOCs，其來源廣泛、毒性大，臭氧生成潛勢貢獻度高，是環境治理領域的重要研究熱點之一.在各種VOCs治理方法中，吸附法因經濟高效且易與其他技術耦合形成組合工藝而成為最有效的方法之一，其核心為吸附劑的開發.目前主流商用吸附劑為活性炭和分子篩，活性炭具有較好的廣譜適用性，但吸附量低，易燃，存在安全隱患；沸石分子篩阻燃性好，但適用性較差，且調控能力有限.MOFs作為一種新型多孔材料，具有比表面積大、吸附量高、性質易調控、孔隙度高等優勢，在VOCs的應用分離方面展現出良好的應用前景.VOCs在MOFs上有多種吸附機制，主要包括開放的金屬位、π-絡合效應、靜電作用、酸堿作用、π-π堆疊、氫鍵及范德華作用等［5-6］，這些吸附作用與MOFs的骨架性質（配體、金屬節點、孔尺寸、配位飽和度和官能團等）密切相關.通常調控MOFs性質的手段有配體和金屬的選擇、后修飾、異質物擔載、不飽和位構建、金屬節點取代等.對比各種手段的優缺點，發現針對吸附質特點，選擇合適的配體和金屬是最簡單有效的一種方法.另外，MOFs在應用于VOCs吸附治理時，無處不在的水分子會進攻MOFs的配位節點，與VOCs分子形成競爭吸附，進而導致MOFs的吸附性能下降.因此高吸附量、高選擇性的吸附劑的開發仍具有一定的挑戰性.基于此，本文針對苯吸附的特點，采用不同極性的芳香類配體，通過調變其金屬節點的性質，制備了4種不同骨架性質的MOFs.其中，MIL-101和MIL-Z1采用了相同的金屬（鉻），配體分別為對苯二甲酸和1，4-萘二甲酸，Zr-Fuma和A520則選用相同的配體反丁烯二酸，金屬分別為鋯和鋁.通過對不同MOFs物化性質及苯、水吸附性能進行評價分析，結合動力學擬合和苯/水吸附選擇性計算，得到了不同MOFs對苯、水的吸附性能及苯/水吸附選擇性的一般規律，深入探究了不同MOFs的吸附機制，為MOFs的性能考察及篩選提供一定的思路.

1 實 驗

1.1 MOFs制備

MOFs的合成過程在文獻［7-10］的基礎上進行了一定的改進，具體如下：

MIL-101的合成步驟：將5 mmol九水合硝酸鉻和5 mmol對苯二甲酸加入到25 mL 0.05 mmol/L的乙酸鈉溶液中，攪拌均勻后程序升溫至190 ℃，反應16 h，抽濾、乙醇洗滌，100 ℃干燥12 h，加入60 mL無水乙醇，100 ℃繼續反應20 h，抽濾、洗滌，100 ℃干燥12 h，得到MIL-101.

MIL-Z1的合成步驟：將5 mmol的九水合硝酸鉻、5 mmol的1，4-萘二甲酸、2.5 mmol冰醋酸、2.5 mmol氫氟酸和45 mL去離子水混合，后續步驟同上，得到MIL-Z1.

A520的合成步驟：將7.8 mmol反丁烯二酸、5.4 mmol鋁酸鈉溶于50 mL的去離子水中，90 ℃反應30 min，抽濾、洗滌，30 ℃干燥12 h，得到A520.

Zr-Fuma的合成步驟：將5.15 mmol氯化鋯和15.5 mmol反丁烯二酸溶于50 mL的N，N-二甲基甲酰胺和乙醇混合溶液中（體積比為1∶1），攪拌均勻后滴加2 mL甲酸，繼續攪拌10 min，程序升溫至120 ℃，反應24 h，抽濾、洗滌，乙醇浸泡24 h后抽濾，100 ℃干燥12 h，得到Zr-Fuma.

所有樣品在測試前需放入真空烘箱，150 ℃真空活化12 h.

1.2 吸附測試

1.2.1 靜態吸附性能測試

采用貝士德3H-2000PW多站重量法蒸汽吸附分析儀測量樣品對苯和水的靜態吸附容量.該吸附儀的吸附質僅為單一組分，通過微量天平稱量吸附劑在各分壓下吸附前后的質量來測定材料的吸附量，從而得到材料的吸附等溫線.相對壓強P/P0高于0.9時，吸附質可能會在吸附劑和盛裝樣品的吊籃上發生冷凝，影響測試精度，因此飽和吸附量取P/P0=0.9時的數據.

1.2.2 動態吸附性能測試

吸附劑的動態吸附性能測試在實驗室自制的固定床吸附設備中進行.將樣品壓片粉碎過篩（40～60目），壓片所用壓強為4 MPa，然后將篩選過的顆粒裝填到內徑為4 mm的不銹鋼管內，150 ℃，N2吹掃3 h活化，冷卻至25 ℃后，切換至流量為70 mL/min的苯和N2原料氣（測試時苯濃度均調至8.93 mmol/m3）進行吸附測試.出口苯濃度采用氣相色譜檢測，間隔一定時間記錄一次得到吸附穿透曲線.

2 結果與討論

2.1 MOFs表征

圖1（a）為實驗合成MOFs的XRD譜圖，與文獻［7-10］對比后發現在合成材料的XRD譜圖中均出現了各MOFs的主要特征衍射峰，且與文獻中MOFs的XRD譜圖一致，說明成功制備了4種具有良好晶態結構的MOFs材料.

圖1（b）為MOFs的紅外譜圖，在MIL-101的紅外譜圖中，1 404 cm-1處對應于對稱O-C-O振動峰，說明MIL-101骨架內存在二羧酸鹽，600～1 600 cm-1之間的譜帶為苯環的峰，1 508 cm-1處的峰為對苯二甲酸中苯環的C=C的拉伸振動峰，1 160，1 017，884和750 cm-1處對應芳環中C-H的變形振動峰［11］.MIL-Z1的紅外譜圖與MIL-101具有一定的差別，O-C-O的峰在1，4-萘二甲酸中出現在1 415 cm-1處，1 460 cm-1處為C-H的彎曲振動峰，783 cm-1處對應C-H平面外振動峰［12］.A520的紅外譜圖中，3 440 cm-1處的峰為自由水的-OH拉伸振動峰或樣品中-OH官能團的特征峰，1 607 cm-1和1 425 cm-1處為富馬酸中羧基的對稱和不對稱拉伸振動峰，位于480～1 200 cm-1范圍內的多個譜帶則為八面體中Al-O振動的顯著特征峰［13］.Zr-Fuma的紅外譜圖中，1 300～1 600 cm-1為羧基官能團的特征譜帶，494 cm-1處為Zr-O的拉伸振動峰［14］.

圖1（c，d）分別為MOFs的N2吸脫附等溫線以及由DFT理論計算得到的孔徑分布，表1為材料的比表面積和孔體積.由圖1（c）可知，4種MOFs在低壓下對N2的吸附量迅速增加，證實了MOFs結構中微孔的存在，這有利于與吸附質產生強相互作用；當相對壓強達到0.8以上，吸附量又迅速增加，說明結構中存在由納米顆粒堆積形成的新孔隙，引起吸附量再次增加.對比4種MOFs材料，MIL-101的比表面積和孔體積最大，可達2 993 m2/g和1.52 cm3/g.

熱穩定性是金屬有機骨架材料作為吸附劑應用的一個重要因素，因此對所制備的MOFs進行了熱重分析.樣品的熱失重曲線和失重速率曲線如圖1（e，f）所示，4種MOFs都存在由于溶劑分子的脫除和骨架坍塌造成的失重，但MIL-101，Zr-Fuma在骨架坍塌之前出現了新的失重階段（～170 ℃），MIL-101是由于吸附的溶劑分子從骨架結構中脫除造成的失重，而Zr-Fuma則是由于孔道中的甲酸和N，N-二甲基甲酰胺（N，N-Dimethylformamide，DMF）的脫除造成的失重.對比發現，4種MOFs的初始分解溫度依次為～285 ℃（Zr-Fuma）＜～290 ℃（MIL-Z1）＜～310 ℃（MIL-101）＜～350 ℃（A520），熱解中心溫度依次為～400 ℃（Zr-Fuma）＜～415 ℃（MIL-Z1）＜～450 ℃（MIL-101）=～450 ℃（A520），此時失重速率曲線出現了最大失重峰.綜上可知，4種MOFs的熱穩定性均高于280 ℃，具有良好的熱穩定性.

圖2為4種MOFs的SEM圖像.MIL-101（圖2（a））的形貌主要為八面體結構，顆粒粒徑分布基本均勻，約為250～350 nm.MIL-Z1（圖2（b））則是棒狀結構，部分顆粒中含有缺陷，和文獻［8］制備的MIL-Z1有一定的區別，原因可能是晶化溫度低，導致晶體在成核過程中發生了聚集.A520的形貌分布（圖2（c））分為兩種，一種為小顆粒發生了團聚，另一種為薄的納米片堆積而成，薄片的厚度范圍為10～28 nm.這種片狀結構有利于MOFs具有更多裸露的吸附位點，可增加與吸附質分子的有效接觸.Zr-Fuma（圖2（d））的晶體形貌為八面體并且形態致密，但是晶體存在一定的缺陷，粒徑不到100 nm.

2.2 靜態吸附性能

圖3（a，b）分別為4種MOFs的苯和水吸附等溫線.MOFs的苯、水飽和吸附量及其單位比表面積吸附量（飽和吸附量與BET比表面積的比值）如表2所示.為了明確MOFs在吸附過程中的吸附情況，將MOFs的部分分壓下的吸附量與其飽和吸附量進行對比，得到了各個分壓點的吸附量占比，如表3所示.由圖3（a）可知，在低壓情況下，4種MOFs對苯的吸附量均達到較高水平，結合表3可以看出，中低壓下MOFs對苯的吸附量變化較小，表明結構中存在的微孔對苯產生的強相互作用能夠實現MOFs對苯的高效快速吸附.對比幾種MOFs的苯飽和吸附量，可以發現MIL-101的苯飽和吸附量最大，靜態吸附性能最優，低壓下的吸附量與飽和吸附量的比值可達0.85以上，吸附很快達到平衡.結合其骨架性質特點，認為MIL-101具有最大飽和吸附量和較快吸附速率可歸因于以下3點.（1）MIL-101比表面積大、孔隙率高.MIL-101具有近3 000 m2/g的比表面積，能夠為吸附過程提供更多的場所，增加吸附劑與吸附質分子之間相互作用的概率，從而使較多的苯分子進入孔道內，同時其孔隙率高，苯分子進入孔道后繼續填充，苯分子的吸附從微孔吸附轉為了多層吸附，而大的孔隙結構使MIL-101能夠容納更多的苯分子；（2）π絡合作用.MIL-101的金屬不飽和位及芳香類配體，能夠與苯分子形成金屬-π以及π-π絡合相互作用，從而高效快速地吸附苯分子；（3）苯分子之間存在π-π堆疊作用.MIL-101的孔徑大于苯分子的動力學直徑，能夠允許更多的苯分子進入到孔道內，苯分子間存在的π-π相互作用促使了苯分子之間發生堆疊，從而促進對苯的吸附［15］.

由圖3（b）可知，MIL-101，MIL-Z1，A520對水的吸附等溫線與苯的吸附等溫線呈現不同的形狀，標明對苯和水的吸附行為不同.如表3所示，MIL-101，MIL-Z1和A520在低壓下的吸附量與飽和吸附量的比值均較小，表明在低壓下對水的親和力較弱，無法對水進行一個高效的吸附；當壓力上升至中高壓條件下，3種MOFs的水吸附量急劇增大，且具有明顯的拐點，吸附等溫線呈“S”型；Zr-Fuma在中低壓條件下的水吸附量沒有較大的變化，對水的單位比表面積吸附量高于其他MOFs，表明對水的吸附作用較強.這4種MOFs表現出不同的水吸附性能，歸因于MOFs的配體極性、孔徑、開放金屬位點的不同［16-18］.具體原因如下：（1）配體極性.MIL-101的配體為苯環，MIL-Z1配體為萘環，萘環與苯環相比，極性更小，而A520與Zr-Fuma的配體為不飽和烯烴.幾種配體極性由小到大依次為不飽和烯烴、苯環、萘環；極性小，與水的相互作用力弱，由此降低了MOFs對水的吸附性能.（2）缺陷位點.Zr-Fuma對水的親和力較強的原因可能是在合成過程中產生了較多的缺陷位點，對水具有強吸附作用，同時具有的籠狀結構使得水分子能夠在籠中通過分子間氫鍵作用形成團簇，因此表現出較強的水吸附性能［10］.（3）金屬團簇.Zr-Fuma的金屬團簇為Zr6O4（OH）4（O2C）12，其末端具有的羥基能夠通過氫鍵作用吸引水分子，吸附作用較強［19］.

2.3 苯/水吸附選擇性計算

通過IAST模型預測了吸附劑對苯/水的吸附選擇性，苯和水的物質的量之比為1∶1，其中二元體系的吸附選擇性可定義如下［20］：S吸附，12=（x1x2）（y2y1），式中，y1和x1分別表示氣相和吸附相中組分1的摩爾分數，y2和x2分別表示氣相和吸附相中組分2的摩爾分數.

首先，采用Dual-Site Langmuir-Freundlich（DSLF）模型［21］對4種MOFs進行擬合，模型具體如下：Q=Qm1b1P1n11+b1P1n1+Qm2b2P1n21+b2P1n2，Qm1是吸附位點1的飽和吸附量（mg/g），Qm2是吸附位點2的飽和容量（mg/g），b1是吸附位點1的親和系數（1/kPa），b2是吸附位點2的親和系數（1/kPa），n1和n2是與理想均勻表面的偏差.擬合結果如表4所示，可以發現DSLF模型具有很好的擬合效果（R2＞0.99）.

通過IAST模型計算不同壓強下MOFs對苯/水的吸附選擇性，結果如圖4所示.由圖4可知，Zr-Fuma對苯/水的吸附選擇性在不同壓強下均較低，A520的吸附選擇性在壓強較低時較好，高達12.7，但隨著壓強的增大，其苯/水吸附選擇性急劇下降；MIL-101與MIL-Z1的選擇性隨著壓強的增大呈現先增加后減小的趨勢，原因在于兩種MOFs對水的吸附等溫線呈現“S”型，有明顯的拐點，低壓下對水的親和力較弱，而對苯的吸附量在低壓下急劇增加，苯和水的吸附行為的差異導致了苯/水吸附選擇性出現了上述趨勢，兩者的苯/水吸附選擇性最高分別可達7.1和4.6.相比于其他MOFs，MIL-101的吸附選擇性較好，更易在一定壓強下實現對苯的選擇性吸附.

結合上述分析，4種MOFs的吸附行為可歸結如下：Zr-Fuma對苯和水的單位面積飽和吸附量均高于其他3種MOFs，對苯、水均具有較強的相互作用，因此苯/水吸附選擇性差；MIL-101對苯和水的單位面積飽和吸附量較小，但其飽和吸附量遠高于其他MOFs，同時對苯的吸附可以很快實現平衡，對水的吸附等溫線則呈現“S”型，苯和水的吸附行為差異大，苯靜態吸附循環性能優異，苯/水吸附選擇性較好；A520對水的單位面積飽和吸附量僅次于Zr-Fuma，同時苯、水飽和吸附量僅次于MIL-101，但苯/水吸附選擇性隨壓強的增大有明顯的下降；MIL-Z1對苯、水的單位飽和吸附量最低，對苯和水的吸附行為與MIL-101類似.初步認為4種MOFs的吸附機制不同導致了它們的吸附行為有很大差異.

2.4 MOFs的動態吸附性能

為了進一步探究4種MOFs的吸附行為，進行了動態吸附實驗，考察MOFs對低濃度苯的捕獲能力.圖5（a，b）分別為4種MOFs在RH=0%和RH=50%時對苯的動態穿透曲線，可以發現不同相對濕度下MOFs的吸附性能有很大的區別.由表5可知，RH=0%時，A520的穿透時間最長，對苯的捕獲能力最強，這與MOFs孔徑及金屬節點有關.微孔材料對VOCs具有很強的吸附能力，而超微孔（尺寸＜0.7 nm）結構是低濃度下VOCs吸附的重要因素［22］.比較4種MOFs的孔徑大小：0.64 nm（Zr-Fuma）＜0.68 nm（A520）=0.68 nm（MIL-Z1）＜1.26 nm（MIL-101），可以發現Zr-Fuma，MIL-Z1，A520的微孔直徑與苯分子較為接近.雖然Zr-Fuma的孔徑分布與A520類似，配體相同，但與A520相比，Zr-Fuma對苯的捕獲能力較差.比較結構發現，A520的孔徑為0.68 nm，略大于Zr-Fuma，對苯分子具有較強的吸附作用的同時也更有利于苯分子的進入；A520的比表面積和孔體積更大，能夠容納更多的苯分子，其片層結構也增大了與吸附質分子的有效接觸，因此A520對低濃度苯具有較強的捕獲能力.MIL-Z1的動態吸附性能優于MIL-101，比較孔徑發現，MIL-Z1與MIL-101相比，具有更小尺寸的微孔結構，同時萘環會對苯分子產生更強的作用力，這更有利于對苯的捕獲.

當RH=50%時，MOFs的吸附性能都有所下降，水的存在極大影響了MOFs的苯吸附性能，其中A520的穿透時間下降最為明顯，而MIL-101與其他MOFs相比穿透時間下降程度較小，所受影響遠遠小于其他3種MOFs，這驗證了IAST預測苯/水選擇性吸附結果.性能下降原因主要如下：A520的金屬團簇與Zr-Fuma類似，除金屬位點能吸附水分子外，末端具有的羥基也會與水分子產生一定的相互作用，進一步吸附水分子，

因此兩者在含濕條件下的穿透性能下降明顯.MIL-Z1的動態吸附性能也發生了較大的變化，這可能是由于合成過程中配體與金屬配位不完全，產生較多的缺陷位，更容易吸附水分子，導致其動態吸附性能受水的影響較大，穿透時間明顯下降.

2.5 MOFs吸附行為研究

吸附動力學是研究吸附劑吸附行為的重要途徑.吸附動力學模型可以對吸附過程和機理進行數學描述，用準一級和準二級動力學能夠描述物理吸附和復雜的物理化學吸附.準一級動力學模型［23］：qt=qe（1-exp（-k1t））.準二級動力學模型［24］：qt=k2q2et1+k2qet，式中，k1（1/min）和k2（g/（mg·min））為吸附速率常數，qe和qt分別表示在吸附平衡和反應時間t（min）的吸附量.

對4種MOFs在25 ℃，P/P0=0.1條件下苯的靜態吸附過程進行吸附動力學擬合，結果如圖6及表6所示.可以發現MIL-101，MIL-Z1，A520在該測試條件下的吸附行為均符合準一級動力學，擬合度可達0.9以上，說明MOFs的吸附過程為物理吸附，而Zr-Fuma在吸附過程中，化學吸附占速率控制步驟的主導地位，吸附行為較為復雜.對比動力學參數，吸附行為符合準一級動力學的MOFs中，A520對苯吸附的動力學速率常數最大，具有較高的苯吸附效率，在RH=0%條件下動態吸附實驗中也表現出了較好的性能.

此外，對4種MOFs在25 ℃，P/P0=0.05條件下水的吸附過程進行動力學擬合.由圖7與表7可知，4種MOFs對水的吸附過程均符合準二級動力學，擬合度均高于0.9，表明在吸附過程中主要為化學吸附.可見與苯相比，水與MOFs骨架性質的相互作用更強，這主要歸因于MOFs金屬節點與水分子之間的配位及水分子之間的氫鍵作用.對比動力學參數大小，可以發現MIL-Z1，A520，Zr-Fuma的參數均大于MIL-101.MIL-101與水的相互作用與其他4種MOFs相比更小，在含濕條件下對苯的吸附性能受水的影響更小，這也間接說明4種MOFs在含濕條件下動態吸附和靜態吸附循環實驗中會表現出截然不同的結果.

2.6 MOFs的靜態吸附循環性能

對4種MOFs進行了苯的靜態吸附循環實驗，考察MOFs的循環性能.測試時設置吸附點P/P0=0.1，脫附點P/P0=0.03為一個循環，結束后立即進行下一次吸附和脫附實驗，共進行4次循環.由圖8（a，b）可知，MIL-101，MIL-Z1和A520在4次循環中吸附量基本一致，而Zr-Fuma的4次吸附量差別較大，表明除Zr-Fuma之外，MIL-101，MIL-Z1和A520均具有良好的苯靜態吸附循環性能.

對MOFs進行了水的靜態吸附循環實驗，測試時設置吸附點P/P0=0.2，脫附點P/P0=0.05為一個循環，結束后立即進行下一次吸附和脫附實驗，共進行4次.由圖8（c，d）可知，4種MOFs在吸附水且經過常溫真空處理后的吸附能力都有一定程度的下降，說明水和MOFs之間的相互作用力與苯相比更強，常溫真空處理并不能實現MOFs良好的再生，水對MOFs再生性能的影響遠大于苯.MIL-101在水吸附循環之后，吸附量雖有明顯的下降但其吸附性能較為穩定，優于其他MOFs.這也證實了含濕條件下MOFs的動態吸附性能雖有明顯下降，但MIL-101的吸附性能所受影響最小.

上述研究表明，不同骨架性質的4種MOFs對苯和水的吸附機制不同，其吸附性能也具有較大的差異.MIL-101對苯的吸附作用主要歸于其大的比表面積和孔體積，吸附的分子可以很好地進入骨架中，同時苯分子發生堆疊，吸附量進一步提高，因此其吸附量遠高于其他的MOFs；MIL-Z1因其所具有的配體為萘環，同時具有超微孔結構，與苯的相互作用有一定的增強；A520因具有合適的孔徑，其所具備的超微孔結構能夠實現對低濃度苯的高效捕獲；Zr-Fuma對苯和水的吸附是其金屬位點與吸附質分子之間產生的相互作用，該作用力較強，因此對苯吸附的同時也更容易受水的影響，苯/水吸附選擇性較差.

3 結 論

本文將4種MOFs材料的骨架性質與吸附性能進行關聯，主要結論如下：MIL-101具有高的比表面積和孔體積，這使其對苯有較高的飽和吸附量；而MIL-Z1的配體為極性更小的萘環，增強了與苯的相互作用，因此其對苯的動態捕獲能力優于前者；A520的超微孔結構是其具有對低濃度苯高效捕獲能力的主要因素；Zr-Fuma對低壓下苯的靜態吸附量和動態捕獲能力均弱于上述3種MOFs，歸因于其比表面積小，同時其缺陷位與吸附質分子之間的相互作用力較強，對苯吸附的同時也容易受水的影響，所以苯/水吸附選擇性較低.總之，4種MOFs的飽和吸附量與比表面積和孔體積正相關，而極性、配位狀況和孔尺寸是影響動態捕獲能力及苯/水吸附選擇性的關鍵.

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Study on competitive adsorption properties of benzene/water on different MOFs

Pan Tingting， Liu Fang， Wang Jiancheng， Bao Weiren， Hu Jiangliang， Wang Bing

（State Key Laboratory of Clean and Efficient Coal Utilization; Key Laboratory of Coal Science and Technology， Ministry of Education， Taiyuan University of Technology， Taiyuan 030024， China）

Abstract： Four Metal-Organic Frameworks（MOFs）， including MIL-101， MIL-Z1， A520 and Zr-Fuma， with different structure features were prepared by solvothermal method. The physicochemical properties were analyzed and the adsorption behaviors of benzene and water on MOFs were studied using static and dynamic adsorption tests. The high specific surface area of MIL-101 was the key factor for its highest benzene adsorption capacity; according to Ideal Adsorbed Solution Theory（IAST）， MIL-101， MIL-Z1 and A520 with ligand-saturated structure and weak polarity showed good benzene/water adsorption selectivity， among which the ultra-microporous A520 was up to 12.7， exhibited the best ability to capture benzene at low concentration. The adsorption process of benzene was mainly consistent with pseudo-first-order kinetic， which represented physical adsorption， while water adsorption was chemisorption， following pseudo-second-order kinetic. Especially， the benzene adsorption overall was chemical process due to defects in Zr-Fuma. The impact of benzene and water on regeneration of MOFs was different， and water affected more.

Keywords： MOFs; benzene adsorption; water adsorption; adsorption mechanisms

［責任編校 趙曉華 陳留院］

收稿日期：2022-06-09;修回日期：2022-06-18.

基金項目：國家自然科學基金（22206148）;山西省應用基礎研究計劃重點自然基金項目（201901D111003（ZD））；山西省重點研發計劃社會發展項目（201903D311005）.

作者簡介：潘婷婷（1998-），女，安徽六安人，太原理工大學碩士研究生，研究方向為氣體吸附與分離，E-mail：ptt2649220600@163.com.

通信作者：胡江亮，E-mail：hujiangliang@tyut.edu.cn.