新型ZnCu双金属有机骨架材料的制备及萘的脱除研究

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2026.01.004

摘要/Abstract

摘要：

以醋酸铜、硝酸锌为金属中心，以对苯二甲酸（BDC）为有机配体，采用溶剂热法成功合成了新型MOFs材料ZnCu?BDC；通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线多晶粉末衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FT?IR）、氮气吸附仪（BET）及热重?差热分析仪（TG?DTA），对材料的结构、形貌、比表面积及热稳定性进行了系统表征；以萘为模拟油中芳烃的模型化合物，考察了ZnCu?BDC在含萘模拟油中的催化脱除性能。结果表明，ZnCu?BDC颗粒尺寸均一、表面光滑，热稳定性优异，450 ℃时才完全分解；材料微孔丰富，氮气吸脱附曲线呈现H3类曲线特征；在n（Cu）/n（Zn）=1.0∶2.0、反应时间为6 h、反应温度为70 ℃、pH=5的最佳反应条件下，ZnCu?BDC对模拟油中萘的脱除率可达91%。

关键词: MOFs材料, 柴油, 多环芳烃, 萘, 脱除

Abstract:

ZnCu?BDC, a new MOFs material, was successfully synthesized by solvothermal method, with copper acetate and zinc nitrate as the metal centers and terephthalic acid (BDC) as the organic ligand. The structure, morphology, specific surface area and thermal stability of the materials were systematically characterized by scanning electron microscopy, X?ray polycrystalline powder diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, nitrogen adsorption and thermogravimetric?differential thermal analyzer. The catalytic performance of ZnCu?BDC in naphthalene?containing simulated oil was investigated by using naphthalene as the aromatic hydrocarbon model compound in simulated oil. The results show that the ZnCu?BDC material has the same particle size, smooth surface, good thermal stability, complete decomposition at 450 ℃, a large number of micropores, and a nitrogen adsorption?desorption curve with the characteristics of H3 curve. Under the optimal conditions obtained after the investigation (n(Cu)/n(Zn) is 1.0∶2.0, reaction time 6 h, reaction temperature 70 ℃, pH=5), the removal efficiency of ZnCu?BDC material for aromatic hydrocarbon model compounds in simulated oil can reach 91%.

Key words: MOFs material, Diesel oil, Polycyclic aromatic hydrocarbons, Naphthalene, Deprivation

中图分类号:

TQ424

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图/表 11

图1 ZnCu?BDC、Cu?BDC和Zn?BDC的SEM图

Fig.1 SEM images of ZnCu?BDC, Cu?BDC and Zn?BDC

图2 ZnCu?BDC、Cu?BDC和Zn?BDC的XRD谱图

Fig.2 XRD images of ZnCu?BDC, Cu?BDC and Zn?BDC

图3 ZnCu?BDC、Cu?BDC和Zn?BDC的FI?IR谱图

Fig.3 FI?IR images of ZnCu?BDC, Cu?BDC and Zn?BDC

图4 ZnCu?BDC、Cu?BDC和Zn?BDC的N2吸附?脱附曲线

Fig.4 BET images of ZnCu?BDC, Cu?BDC and Zn?BDC

图5 ZnCu?BDC、Cu?BDC和Zn?BDC的热重曲线

Fig.5 TGA images of ZnCu?BDC, Cu?BDC and Zn?BDC

图6 n（Cu）/ n（Zn）对催化反应中萘脱除率的影响

Fig.6 Effect of n(Cu)/ n(Zn) on naphthalene removal rate in catalytic reaction

图7 反应时间对催化反应中萘脱除率的影响

Fig.7 Effect of reaction time on naphthalene removal rate in catalytic reaction

图8 pH对催化反应中萘脱除率的影响

Fig.8 Effect of pH on naphthalene removal rate in catalytic reaction

图9 反应温度对催化反应中萘脱除率的影响

Fig.9 Effect of reaction temperature on naphthalene removal rate in catalytic reaction

图10 ZnCu?BDC的循环性能实验结果

Fig.10 Experimental results of the cycling performance of ZnCu?BDC

表1 多环芳烃脱除率的文献数据与本文实验结果的对比

Table 1 Comparison between literature data on polycyclic aromatic hydrocarbon removal rate and experimental results in this paper

多环芳烃	脱除率/%	文献
蒽	86.33	[26]
萘	90.00	[27]
萘	80.95	[28]
萘	91.00	本文

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