羧甲基壳聚糖/MOFs复合气凝胶的制备及吸附性能研究开题报告

 2023-06-07 09:06

1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)

1.研究背景及意义气凝胶是指用一定的干燥方式使气体取代水凝胶中的液相而形成的一种纳米级多孔固态材料,因此具有以气体为分散介质的三维网络结构。

基于气凝胶的纳米多孔结构,其常表现出特别的物理性质,例如:低密度、低导热率、低介电常数和高比表面积等,因此在导电材料、隔音隔热、吸附、催化、传感等诸多领域都有广泛的应用[1][2]。

金属有机骨架化合物(MOFs)主要是由金属离子与有机配体通过配位键自组装作用而形成的一种有机-无机多孔配合物,主要分为类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)、网状金属有机骨架材料(IRMOFs)、莱瓦希尔骨架材料(MILs)、孔/通道式骨架材料(PCNs)等几类。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.1 本课题研究或解决的问题 本课题拟制备羧甲基壳聚糖/ZIF-8复合气凝胶,由于羧甲基壳聚糖中有比较丰富的羧基和氨基,可以增强多糖与MOFs之间的作用力,使MOFs能够更稳定地存在于气凝胶材料中;另外一方面因为本课题采取的制备方法是在多糖分子表面原位生成MOFs之后再制备复合气凝胶,所以ZIF-8是在羧甲基壳聚糖水凝胶形成过程中生成的,在材料中分布更加均匀,有助于提高吸附性能。

本课题拟研究的内容:(1)利用羧甲基壳聚糖中丰富的羧基和氨基与MOFs之间较强的作用力(羧基与金属之间有配位能力,氨基与配体之间可能存在氢键作用),发展具有较高稳定性的多糖/MOFs复合气凝胶;(2)在水凝胶形成过程中原位生成ZIF-8,使MOFs颗粒在最终得到的复合气凝胶中具有更好的分散性,发展具有高吸附性能的复合气凝胶材料2.2 拟采用的研究手段实验时在羧甲基壳聚糖水凝胶中原位生长ZIF-8得到复合水凝胶,再通过冷冻干燥的方法制备得到羧甲基壳聚糖/ZIF-8复合气凝胶材料,对其进行场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)分析、X射线光谱测定(XRD)、比表面积分析(BET)、热重分析(TG)、降解性能测试等物理化学性质表征,确定其形貌、组成、结构、性质等,并通过研究该复合气凝胶材料对一些染料分子(如甲基橙、亚甲基蓝等)的吸附效果以及影响吸附性能的因素来考察其对水中污染物的吸附性能。

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