Nghiên cứu và tổng hợp khung hữu cơ kim loại cho sự hấp thụ CO, CO2 và C7H8

• Tác giả: Le Van Nhieu
• Người hướng dẫn: Prof. Jinsoo Kim
• Trường học: Kyung Hee University
• Chuyên ngành: Chemical Engineering
• Đề tài: Nghiên cứu và tổng hợp khung hữu cơ kim loại cho sự hấp thụ CO, CO2 và C7H8
• Loại tài liệu: dissertation
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Seoul

• ABSTRACT
• List of Tables
• List of Figures
• 1. CHAPTER 1: Introduction
• 2. CHAPTER 2: Literature Review
• 2.1. Isosteric heat of adsorption
• 2.2. Ideal adsorption solution theory (IAST) selectivity
• 2.3. Metal organic frameworks
• 2.3.1. Iron-based metal organic framework (MIL-100Fe)
• 2.3.2. Zirconium-based metal organic framework (UiO-66 & UiO-67)
• 2.4. Application of MOFs for gas adsorption
• 2.5. Mechanism of gas adsorption
• 2.6. Metal organic frameworks for CO adsorption
• 2.7. Metal organic framework for CO2 adsorption
• 2.8. Metal organic framework for toluene adsorption
• 3. CHAPTER 3: Microwave-assisted continuous flow synthesis of MIL-100 (Fe) and its application to Cu(I)-loaded adsorbent for CO/CO2 separation
• 3.1. Materials and methods
• 3.2. Results and discussion
• 3.2.1. Synthesis of MIL-100(Fe) in a microwave-assisted flow reactor
• 4. CHAPTER 4: A novel approach to prepare Cu(I)Zn@MIL-100(Fe) adsorbent with high CO adsorption capacity, CO/CO2 selectivity and stability
• 4.1. Synthesis of MIL-100(Fe)
• 4.2. Synthesis of Cu(I)@MIL-100(Fe) and Cu(I)Zn@MIL-100(Fe) adsorbents
• 4.3. CO and CO2 adsorption test
• 4.4. Results and discussion
• 4.4.1. Characterizations of MIL-100(Fe) and Cu(I)Zn@MIL-100(Fe)
• 4.4.2. CO and CO2 adsorption on Cu(I)Zn@MIL-100(Fe) adsorbents
• 4.4.3. Regeneration and stability test
• 5. CHAPTER 5: Facile one-step synthesis of amino-defective UiO-66 using 4-amino benzoic acid for enhanced CO2 adsorption performance
• 5.1. Synthesis of MOF materials
• 5.2. CO2 and N2 adsorption
• 5.3. Results and Discussions
• 5.3.1. CO2 and N2 adsorption
• 5.3.2. Isosteric heat of CO2 adsorption and the regeneration of the adsorbent
• 5.3.3. Adsorption selectivity of CO2/N2 on UiO-66 and UiO-66#10-NH2
• 6. CHAPTER 6: Defect engineering of UiO-67(Zr) under continuous-flow microwave synthesis condition and application for toluene adsorption
• 6.1. Toluene recovery test
• 6.2. Results and discussion
• 6.2.1. Microwave-assisted continuous-flow synthesis of UiO-67(Zr)
• 6.2.2. Adsorption and desorption of toluene
• 6.2.3. Dynamic adsorption of toluene
• 7. CHAPTER 7: Facile synthesis of UiO-66/PVA spherical granules and their application for toluene adsorption
• 7.1. Synthesis of UiO-66(Zr) assisted by microwave and UiO-66/PVA beads
• 7.2. Toluene adsorption/desorption
• 7.3. Results and discussion
• 7.3.1. Characterizations of UiO-66 and UiO-66/PVA granules
• 7.3.2. Toluene adsorption/desorption test
• 8. CHAPTER 8: Summary and further works

I. Tổng quan về khung hữu cơ kim loại và ứng dụng hấp thụ khí

Khung hữu cơ kim loại (MOFs) đã trở thành một trong những vật liệu quan trọng trong lĩnh vực hấp thụ khí. Chúng có cấu trúc đặc biệt cho phép hấp thụ các khí như CO, CO2 và C7H8 hiệu quả. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào thiết kế và tổng hợp các khung hữu cơ kim loại nhằm tối ưu hóa khả năng hấp thụ khí. Việc hiểu rõ về MOFs sẽ giúp phát triển các giải pháp bền vững cho vấn đề ô nhiễm không khí.

1.1. Khung hữu cơ kim loại là gì

Khung hữu cơ kim loại là các cấu trúc tinh thể được hình thành từ các ion kim loại và các liên kết hữu cơ. Chúng có khả năng tạo ra các lỗ rỗng lớn, cho phép hấp thụ khí hiệu quả.

1.2. Tại sao cần nghiên cứu hấp thụ khí

Nghiên cứu hấp thụ khí là cần thiết để cải thiện chất lượng không khí và giảm thiểu ô nhiễm. Các khí như CO và CO2 có thể gây hại cho sức khỏe con người và môi trường.

II. Thách thức trong việc hấp thụ CO CO2 và C7H8

Mặc dù khung hữu cơ kim loại có nhiều ưu điểm, nhưng việc hấp thụ CO, CO2 và C7H8 vẫn gặp nhiều thách thức. Sự cạnh tranh giữa các khí trong hỗn hợp khí là một trong những vấn đề lớn nhất. Đặc biệt, CO2 có độ phân cực cao hơn CO, làm cho việc tách biệt chúng trở nên khó khăn.

2.1. Vấn đề tách biệt CO và CO2

Tách biệt CO khỏi hỗn hợp khí chứa CO2 là một thách thức lớn trong ngành công nghiệp. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng MOFs có thể cải thiện khả năng tách biệt này.

2.2. Ảnh hưởng của độ ẩm và oxy

Sự hiện diện của độ ẩm và oxy trong môi trường khí có thể làm giảm hiệu suất hấp thụ của các khung hữu cơ kim loại, gây khó khăn trong việc duy trì hiệu quả hấp thụ.

III. Phương pháp tổng hợp khung hữu cơ kim loại hiệu quả

Để tối ưu hóa khả năng hấp thụ khí, các phương pháp tổng hợp khung hữu cơ kim loại cần được cải tiến. Việc sử dụng công nghệ tổng hợp liên tục và hỗ trợ vi sóng đã cho thấy hiệu quả cao trong việc sản xuất MOFs.

3.1. Công nghệ tổng hợp liên tục

Công nghệ tổng hợp liên tục cho phép sản xuất khung hữu cơ kim loại với năng suất cao và chất lượng đồng nhất. Điều này giúp giảm chi phí sản xuất và tăng khả năng ứng dụng.

3.2. Sử dụng hỗ trợ vi sóng

Hỗ trợ vi sóng trong quá trình tổng hợp giúp tăng tốc độ phản ứng và cải thiện tính chất của khung hữu cơ kim loại, từ đó nâng cao khả năng hấp thụ khí.

IV. Ứng dụng thực tiễn của khung hữu cơ kim loại trong hấp thụ khí

Khung hữu cơ kim loại đã được ứng dụng rộng rãi trong việc hấp thụ khí CO, CO2 và C7H8. Các nghiên cứu cho thấy rằng MOFs có thể cải thiện hiệu suất hấp thụ và tách biệt khí trong các quy trình công nghiệp.

4.1. Ứng dụng trong công nghiệp

MOFs được sử dụng trong các quy trình công nghiệp để tách biệt và thu hồi các khí có giá trị như CO và CO2, giúp cải thiện hiệu quả sản xuất.

4.2. Kết quả nghiên cứu về khả năng hấp thụ

Nghiên cứu cho thấy rằng các khung hữu cơ kim loại như MIL-100(Fe) có khả năng hấp thụ CO vượt trội so với các vật liệu khác, mở ra hướng đi mới cho việc phát triển vật liệu hấp thụ khí.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về khung hữu cơ kim loại cho sự hấp thụ CO, CO2 và C7H8 đang mở ra nhiều cơ hội mới. Việc phát triển các vật liệu mới với khả năng hấp thụ cao và ổn định sẽ là mục tiêu chính trong tương lai.

5.1. Tương lai của khung hữu cơ kim loại

Khung hữu cơ kim loại sẽ tiếp tục được nghiên cứu và phát triển để cải thiện khả năng hấp thụ khí, đồng thời giảm thiểu tác động đến môi trường.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc cải thiện tính ổn định của MOFs trong môi trường thực tế, nhằm nâng cao hiệu suất hấp thụ khí trong các ứng dụng công nghiệp.