Luận án Tiến sĩ: Hấp thụ Khí trong MOFs bằng Khái niệm Hiệu suất Bám dính (Iriowen)
Khám phá phương pháp mới về hiệu quả hấp phụ khí MOFs, nâng cao khả năng bám dính cho các ứng dụng lọc và lưu trữ khí tiên tiến.
Delaware State University
Applied Chemistry
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
182
Thời gian đọc
28 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- Hấp phụ khí MOFs: Phương pháp hiệu suất bám dính mới
- Số trang:
- 182 trang
- Trường:
- Delaware State University
- Chuyên ngành:
- Applied Chemistry
- Tác giả:
- Esosa Mark Iriowen
- Năm:
- 2015
Tóm tắt nội dung luận án
I.Hấp phụ khí MOFs Phương pháp hiệu suất bám dính mới
Nghiên cứu tập trung vào quá trình hấp phụ của ba loại khí quan trọng: Hydrogen (H2), Carbon Dioxide (CO2), và Methane (CH4). Các loại khí này được hấp phụ trên nhiều khung kim loại-hữu cơ (MOFs) khác nhau. Các MOFs được khảo sát bao gồm Zn-Benzene-1,4-dicarboxylate (Zn-BDC), Zinc 2,6-Naphthalenedicarboxylate (Zn-NDC), Copper 1,3,5-Benzenetricarboxylate (Cu-BTC), Zinc Methyl-Imidazolate (Zn-Mim), và Iron 1,3,5-Benzenetricarboxylate (Fe-BTC). Đây là những vật liệu xốp có tiềm năng lớn trong nhiều ứng dụng công nghiệp và môi trường. Quá trình hấp phụ được so sánh dưới các điều kiện áp suất thấp và cao, cùng với các nhiệt độ khác nhau. Việc hiểu rõ cơ chế hấp phụ trên MOFs là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất của chúng trong các hệ thống lưu trữ khí và phân tách khí. Các vật liệu MOFs, với cấu trúc xốp đặc trưng và diện tích bề mặt lớn, thường được kỳ vọng có khả năng hấp phụ khí cao. Theo quan điểm truyền thống, các vật liệu MOFs có diện tích bề mặt lớn thường được dự đoán sẽ hấp phụ một lượng khí lớn hơn. Tuy nhiên, nghiên cứu này chỉ ra rằng điều này không phải lúc nào cũng đúng. Có những yếu tố khác, như bản chất của các vị trí bề mặt trên vật liệu, cũng ảnh hưởng đáng kể đến quá trình hấp phụ khí. Do đó, một thông số mới, được gọi là hiệu suất bám dính (θ), đã được phát triển và kiểm nghiệm. Mục đích của hiệu suất bám dính là cung cấp một phương pháp tiếp cận mới để xác định mối tương quan với khả năng hấp phụ khí. Thông số này nhằm bổ sung hoặc thay thế diện tích bề mặt như một chỉ số dự đoán hiệu quả hấp phụ, đặc biệt trong các điều kiện cụ thể.
1.1. Giới thiệu nghiên cứu hấp phụ khí MOFs
Nghiên cứu này khảo sát sự hấp phụ của Hydrogen, Carbon Dioxide và Methane trên các khung kim loại-hữu cơ (MOFs) đa dạng. Các MOFs được kiểm chứng bao gồm Zn-BDC, Zn-NDC, Cu-BTC, Zn-Mim và Fe-BTC. Các thí nghiệm được thực hiện dưới cả áp suất thấp và cao, cùng với nhiều mức nhiệt độ khác nhau. MOFs được công nhận là vật liệu xốp có triển vọng, mang lại khả năng ứng dụng rộng rãi. Mặc dù diện tích bề mặt lớn thường là chỉ số chính, nhưng nghiên cứu này cho thấy các yếu tố khác cũng quan trọng. Mục tiêu là phát triển hiểu biết sâu sắc hơn về cơ chế hấp phụ để cải thiện hiệu suất trong các ứng dụng thực tế.
1.2. Khái niệm hiệu suất bám dính θ
Một phương pháp mới đã được đề xuất để đánh giá khả năng hấp phụ khí trong MOFs, đó là hiệu suất bám dính (θ). Thông số này được phát triển do nhận thấy diện tích bề mặt không phải lúc nào cũng là yếu tố dự đoán duy nhất hoặc tốt nhất. Bản chất của các vị trí bề mặt trên vật liệu cũng đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ khí. Hiệu suất bám dính cung cấp một cách tiếp cận bổ sung, giúp xác định mối tương quan hiệu quả hơn với khả năng hấp phụ khí, đặc biệt khi các yếu tố tương tác bề mặt trở nên nổi bật.
II.Đánh giá hiệu suất bám dính Yếu tố then chốt hấp phụ khí
Kết quả nghiên cứu cho thấy, ở điều kiện áp suất thấp, hiệu suất bám dính (θ) có mối tương quan tốt hơn với khả năng hấp phụ khí so với diện tích bề mặt của vật liệu MOF. Điều này làm thay đổi quan điểm trước đây về việc chỉ dựa vào diện tích bề mặt để đánh giá hiệu quả hấp phụ. Sự tương quan mạnh mẽ này cho thấy rằng sức mạnh của các tương tác giữa bề mặt MOF và phân tử khí bị hấp phụ đóng vai trò quan trọng hơn trong việc quyết định khả năng hấp phụ ở áp suất thấp. Điều này đặc biệt có ý nghĩa trong các ứng dụng yêu cầu hiệu suất hấp phụ cao ở điều kiện áp suất môi trường hoặc thấp, ví dụ như trong phân tách khí hoặc thu giữ CO2 từ dòng khí thải. Hiệu suất bám dính cung cấp một cái nhìn sâu sắc hơn về động học hấp phụ ở cấp độ phân tử. Ngược lại với điều kiện áp suất thấp, khi áp suất tăng lên đến mức cao, diện tích bề mặt của vật liệu MOF lại tương quan tốt hơn với khả năng hấp phụ khí so với hiệu suất bám dính. Lý do chính cho hiện tượng này là sự bão hòa thường xảy ra ở áp suất cao. Khi các vị trí hấp phụ trên bề mặt MOF gần như đã được lấp đầy, khả năng chứa khí tổng thể của vật liệu chủ yếu phụ thuộc vào tổng diện tích bề mặt có sẵn. Điều này nhấn mạnh rằng cơ chế hấp phụ và các yếu tố quyết định hiệu suất thay đổi đáng kể tùy thuộc vào dải áp suất. Để tối ưu hóa quá trình hấp phụ khí cho các mục đích cụ thể, cần xem xét cả hiệu suất bám dính và diện tích bề mặt, tùy thuộc vào điều kiện vận hành áp suất.
2.1. Hiệu suất bám dính và khả năng hấp phụ ở áp suất thấp
Ở áp suất thấp, hiệu suất bám dính (θ) thể hiện mối tương quan vượt trội với khả năng hấp phụ khí so với diện tích bề mặt. Phát hiện này nhấn mạnh rằng cường độ tương tác giữa bề mặt MOF và phân tử khí là yếu tố quyết định hiệu suất hấp phụ. Sự hiểu biết này có giá trị lớn trong việc thiết kế các vật liệu xốp MOF cho các ứng dụng như phân tách khí và thu giữ CO2, nơi hiệu quả hấp phụ ở áp suất thấp là tối quan trọng. Đây là một bước tiến quan trọng trong động học hấp phụ.
2.2. Vai trò diện tích bề mặt ở áp suất cao
Khi áp suất tăng lên mức cao, diện tích bề mặt của MOF lại trở thành yếu tố dự đoán tốt hơn cho khả năng hấp phụ khí, vượt qua hiệu suất bám dính. Hiện tượng này được giải thích bởi sự bão hòa của các vị trí hấp phụ. Ở áp suất cao, tổng thể tích và diện tích bề mặt của vật liệu xốp quyết định dung lượng lưu trữ khí. Sự thay đổi trong mối tương quan này cho thấy rằng việc tối ưu hóa hấp phụ khí yêu cầu một chiến lược khác nhau tùy thuộc vào điều kiện áp suất hoạt động.
III.Tối ưu hóa hấp phụ khí MOFs Ảnh hưởng áp suất và bề mặt
Áp suất môi trường đóng vai trò then chốt trong việc xác định hiệu quả của quá trình hấp phụ khí trên các khung kim loại-hữu cơ (MOFs). Nghiên cứu cho thấy rõ ràng sự thay đổi ưu tiên của các yếu tố quyết định khả năng hấp phụ khi áp suất biến động. Ở áp suất thấp, các tương tác cụ thể giữa bề mặt vật liệu xốp MOF và phân tử khí chiếm ưu thế, được thể hiện qua hiệu suất bám dính. Điều này có ý nghĩa quan trọng đối với các ứng dụng như thu giữ CO2 từ các nguồn có nồng độ thấp hoặc phân tách khí đòi hỏi độ chọn lọc cao. Ngược lại, ở áp suất cao, khi các vị trí hấp phụ dần bão hòa, tổng diện tích bề mặt trở thành yếu tố giới hạn chính. Việc hiểu rõ ảnh hưởng này cho phép thiết kế hệ thống lưu trữ methane hoặc thu giữ khí ở áp suất cao một cách hiệu quả hơn. Nghiên cứu nhấn mạnh rằng ngoài diện tích bề mặt, bản chất của các vị trí bề mặt trên vật liệu xốp MOFs là một yếu tố ảnh hưởng sâu sắc đến khả năng hấp phụ khí. Các đặc tính hóa học và cấu trúc của bề mặt MOF quyết định cường độ và loại tương tác với các phân tử khí. Đây là lý do tại sao hiệu suất bám dính, một thông số phản ánh sức mạnh của những tương tác này, lại tương quan tốt hơn với khả năng hấp phụ ở áp suất thấp. Việc điều chỉnh cấu trúc và chức năng hóa học của bề mặt MOF có thể dẫn đến việc tạo ra các vật liệu hấp phụ với độ chọn lọc khí và hiệu suất vượt trội. Nắm bắt được mối liên hệ giữa đặc tính bề mặt và hiệu quả hấp phụ là chìa khóa để phát triển các MOFs thế hệ mới cho các ứng dụng cụ thể.
3.1. Phân tích ảnh hưởng áp suất lên hấp phụ khí
Áp suất là một yếu tố quyết định hiệu suất hấp phụ khí trên MOFs. Ở áp suất thấp, hiệu suất bám dính phản ánh sự ưu tiên của các tương tác bề mặt-khí, quan trọng cho việc thu giữ CO2 và phân tách khí. Tuy nhiên, ở áp suất cao, diện tích bề mặt của vật liệu xốp MOF trở nên nổi bật do hiện tượng bão hòa. Hiểu được sự thay đổi này giúp tối ưu hóa thiết kế hệ thống, ví dụ như trong lưu trữ methane, đảm bảo hiệu suất tối đa cho các điều kiện vận hành khác nhau.
3.2. Đặc tính bề mặt và cấu trúc vật liệu xốp MOFs
Nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của các đặc tính bề mặt của MOFs, bên cạnh diện tích bề mặt. Bản chất của các vị trí hấp phụ và cấu trúc của vật liệu xốp quyết định cường độ tương tác với khí. Hiệu suất bám dính phản ánh trực tiếp sức mạnh của những tương tác này, giải thích tại sao nó tương quan tốt hơn với khả năng hấp phụ ở áp suất thấp. Việc điều chỉnh các đặc tính bề mặt cho phép phát triển MOFs có độ chọn lọc khí cao và hiệu suất hấp phụ được cải thiện đáng kể.
IV.Ứng dụng MOFs Thu giữ CO2 và lưu trữ khí methane
Các khung kim loại-hữu cơ (MOFs) thể hiện tiềm năng to lớn trong ứng dụng thu giữ CO2, một mục tiêu quan trọng trong việc giảm thiểu biến đổi khí hậu. Khả năng hấp phụ CO2 của các MOFs đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, và việc áp dụng khái niệm hiệu suất bám dính cung cấp một công cụ mới để đánh giá và lựa chọn vật liệu hiệu quả hơn. Với khả năng tương quan tốt với khả năng hấp phụ ở áp suất thấp, hiệu suất bám dính có thể giúp xác định các MOFs có vị trí hấp phụ mạnh mẽ, phù hợp cho việc thu giữ CO2 từ các dòng khí thải có nồng độ thấp. Điều này tối ưu hóa quá trình phân tách khí và giúp phát triển công nghệ thu giữ CO2 tiết kiệm năng lượng hơn. Ngoài CO2, MOFs cũng là những vật liệu xốp đầy hứa hẹn cho việc lưu trữ Hydrogen (H2) và Methane (CH4), các nguồn năng lượng sạch tiềm năng. Việc cải thiện hiệu suất lưu trữ các khí này là chìa khóa cho sự phát triển của công nghệ năng lượng bền vững. Nghiên cứu đã đánh giá khả năng hấp phụ H2 và CH4 trên nhiều loại MOFs, cung cấp dữ liệu quan trọng để lựa chọn vật liệu. Khi tối ưu hóa khả năng hấp phụ, việc cân nhắc cả hiệu suất bám dính và diện tích bề mặt là cần thiết, tùy thuộc vào áp suất hoạt động của hệ thống lưu trữ. Điều này giúp nâng cao mật độ lưu trữ và hiệu quả sử dụng vật liệu, đóng góp vào mục tiêu lưu trữ methane an toàn và hiệu quả.
4.1. Tiềm năng MOFs trong thu giữ CO2
MOFs chứng tỏ khả năng vượt trội trong thu giữ CO2, một ứng dụng thiết yếu cho môi trường. Khái niệm hiệu suất bám dính giúp nhận diện các vật liệu MOF có khả năng hấp phụ CO2 hiệu quả ở áp suất thấp. Điều này đặc biệt có lợi cho việc thu giữ CO2 từ khí thải, góp phần vào các giải pháp phân tách khí và làm sạch môi trường. Việc tối ưu hóa dựa trên hiệu suất bám dính mở ra hướng đi mới cho công nghệ thu giữ CO2 bền vững.
4.2. Lưu trữ H2 và CH4 với hiệu suất cao
MOFs là vật liệu xốp lý tưởng cho việc lưu trữ Hydrogen và Methane, hai nguồn năng lượng sạch quan trọng. Nghiên cứu đã cung cấp cái nhìn sâu sắc về khả năng hấp phụ H2 và CH4 trên các loại MOFs khác nhau. Để đạt được hiệu suất lưu trữ cao, cần xem xét cả hiệu suất bám dính và diện tích bề mặt, tùy thuộc vào điều kiện áp suất. Việc này đóng góp vào mục tiêu phát triển các giải pháp lưu trữ methane hiệu quả, an toàn và nâng cao mật độ năng lượng.
V.Nhiệt động học hấp phụ khí Tương tác bề mặt MOFs
Một phát hiện quan trọng từ nghiên cứu là hiệu suất bám dính (θ) có mối tương quan chặt chẽ với enthalpy hấp phụ. Enthalpy hấp phụ là một đại lượng nhiệt động học hấp phụ, đo lường năng lượng liên quan đến quá trình hấp phụ của một phân tử khí lên bề mặt vật liệu. Mối tương quan này khẳng định rằng hiệu suất bám dính không chỉ là một chỉ số thống kê mà còn phản ánh trực tiếp sức mạnh của các tương tác vật lý và hóa học giữa bề mặt MOF và phân tử khí. Điều này cung cấp một cơ sở lý thuyết vững chắc cho việc sử dụng hiệu suất bám dính để dự đoán và hiểu rõ hơn về tính chất nhiệt động học của quá trình hấp phụ. Nghiên cứu kết luận rằng cường độ của các tương tác giữa bề mặt khung kim loại-hữu cơ (MOF) và khí bị hấp phụ có thể là yếu tố quan trọng hơn diện tích bề mặt khi xét đến khả năng hấp phụ. Đặc biệt là ở áp suất thấp, những tương tác này quyết định đến hiệu suất bám dính và khả năng giữ khí của vật liệu. Việc hiểu rõ những tương tác này cho phép các nhà khoa học thiết kế các vật liệu xốp MOF với các vị trí bề mặt được điều chỉnh cụ thể để tối ưu hóa việc hấp phụ các loại khí khác nhau. Điều này có ý nghĩa lớn trong việc phát triển các vật liệu có độ chọn lọc khí cao và hiệu quả hấp phụ được cải thiện cho các ứng dụng công nghiệp.
5.1. Mối liên hệ hiệu suất bám dính và enthalpy hấp phụ
Hiệu suất bám dính (θ) cho thấy mối tương quan mạnh mẽ với enthalpy hấp phụ, một thông số then chốt trong nhiệt động học hấp phụ. Mối liên hệ này xác nhận rằng hiệu suất bám dính phản ánh trực tiếp sức mạnh của các tương tác giữa bề mặt MOF và phân tử khí. Điều này cung cấp một công cụ dự đoán mạnh mẽ, giúp các nhà nghiên cứu hiểu sâu hơn về bản chất của quá trình hấp phụ và tối ưu hóa thiết kế vật liệu MOF.
5.2. Tầm quan trọng tương tác bề mặt trong hấp phụ khí
Nghiên cứu nhấn mạnh rằng sức mạnh của tương tác bề mặt-khí là yếu tố quyết định khả năng hấp phụ của MOFs, đặc biệt ở áp suất thấp. Yếu tố này thường quan trọng hơn diện tích bề mặt. Việc hiểu rõ các tương tác này cho phép thiết kế các vật liệu xốp MOF với các vị trí hấp phụ được điều chỉnh, nâng cao độ chọn lọc khí và hiệu quả hấp phụ tổng thể. Điều này có ý nghĩa lớn đối với động học hấp phụ và ứng dụng công nghiệp.
Mục lục chi tiết luận án
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (182 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộAdsorption of Hydrogen, Methane and Carbon Dioxide Gases in Metal-Organic Frameworks using the Sticking Efficiency Concept; (A New Approach) BY ESOSA MARK IRIOWEN A DISSERTATION Submitted as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in the Applied Chemistry Graduate Program of Delaware State University DOVER, DELAWARE December 2015 DEDICATION This doctoral research work is specially dedicated; To: God Almighty. To: My wife (Dr. And my lovely son, Osawerene Iriowen (my big little me). To: my father; (Pastor) Samuel Imuetinyan Iriowen (April 7, 1933 – April 21, 2011).
and my mother, (Deaconess) Mary Iriowen. To: brother (Mr.) Peter Iriowen (Deceased) and sister (Ms.) Itohan Iriowen (Deceased) ii ACKNOWLEDGEMENTS The writing of this dissertation has been one of the most significant academic challenges I have ever had to face. Without the support, patience and guidance of the following people, this study would not have been completed. It is to them that I owe my deepest gratitude.
Andrew Goudy, (Director and Supervisor-Center for Hydrogen Storage Research (CHSR) at DESU) who undertook to act as my advisor despite his many other academic and professional commitments. His wisdom, knowledge and commitment to the highest standards inspired and motivated me. Department of Energy (DOE) and the U. Department of Transportation (DOT) for financially supporting this research.
Cherese Winstead, (Chairperson of Chemistry Department of Delaware State University) for making my learning and knowledge acquisition in the Department of Chemistry-DESU a success. A big thank you to my Committee Members for their reviews of this masterpiece. All faculty, staff and students of the Chemistry Department at DESU-USA. Michael Casson Jr., Director of the University Center for Economic Development and International Trade for love and peace you provided during my academic goal pursuit.
My friends and colleagues,; (Drs.) Olanrewaju Sanusi, Orefuwa Samuel, Temitope Sabitu, Tolulope Durojaiye, Adeola Ibikunle, Kimberly Mellingan, Jalaal Hayes and iii Pushpika Katukampola, who inspired my final effort despite the enormous work pressures we were facing together.) Leida Sanchez, and others too many to list here due to space factor. Rosemary Iriowen (MD), my wife, without whom this effort would have been worth nothing. Your love, support and constant patience have taught me so much about sacrifice and discipline. You are my number one fan.
(Pastor) Samuel and (Deaconess) Mary Iriowen, my parents, who have always supported, encouraged, prayed and believed in me through all my endeavors and who so lovingly and unselfishly cared for me. Osawerene Iriowen, my son, who was born before this dissertation was completed and who spent many days with his mother and grandmother at home to allow me to focus. I am deeply sorry for the time we spent apart and I deeply cherish and love every moment we are together playing and speaking gibberish over the phone. My siblings, (Elder) Victor Iriowen, (Mrs) Irene Obadiaru, (Engr.) Osaro Iriowen, (Ms.) Osatohanmwen Iriowen and my mother-in-law, (Mrs.) Bridget Oviasojie for all your encouragement and profound understanding.
To the Almighty Father (GOD) in the Upper House (Heaven), thank you for “Ephesians 3:20” over me and my household. iv Adsorption of Hydrogen, Methane and Carbon Dioxide Gases in Metal-Organic Frameworks using the Sticking Efficiency Concept; (A New Approach) Esosa Iriowen Advisor: Dr. Andrew Goudy ABSTRACT In this research, the adsorptions of three different gases namely Hydrogen (H2); Carbon Dioxide (CO2) and Methane (CH4) on a variety of Metal-Organic Frameworks (MOFs) such as zinc Benzene-1,4-dicarboxylate (Zn-BDC), Zinc 2,6- Napthalenedicarboxylate (Zn-NDC), Copper 1,3,5-Benzenetricarboxylate (Cu-BTC), Zinc Methyl-lmidazolate (Zn-Mim) and Iron and 1,3,5-Benzenetricarboxylate (Fe-BTC) were studied and compared at low and high pressures under different temperatures. It was expected that MOFs with large surface areas would adsorb more gas(es) than those with smaller surface areas.
However this is not always true because there are other factors such as the nature of the surface sites of these materials that also affect gas adsorption. Therefore, a new parameter denoted sticking efficiency (θ) was devised and tested to determine how well it would correlate with gas adsorption capacity. It was found that at low pressures, sticking efficiency correlated better with gas sorption capacity than did surface area. Since the sticking efficiency also correlated well with adsorption enthalpy, results show that the strength of interactions between the MOF surface and the adsorbed gas may be a v more important factor when it comes to adsorption capacity.
However, at high pressures, surface area correlated better with the gas sorption capacity than did sticking capacity. The most likely reason for this is that saturation generally occurs at high pressures and, when the surfaces are fully covered, the MOF with the greatest surface area will adsorb the most. vi TABLE OF CONTENTS DEDICATION. v TABLE OF CONTENTS.
vii LIST OF TABLES. xii LIST OF FIGURES. xiv CHAPTER ONE INTRODUCTION .0 Literature Review and Motivation .1 Hydrogen Gas, Properties and Storage.2 Methods of Hydrogen Storage from Department of Energy Perspective .3 Different Ways of Hydrogen Storage .1 Cryogenic Storage for Hydrogen .2 Compressed Storage for Hydrogen .3 Solid State method for Storing Hydrogen .4 Hydrogen Atoms in Metal (Chemisorption) .5 Hydrogen in Porous Materials (Physisorption) .6 Compounds of Hydrogen with Ionic Character (Complex and Metallic Hydrides) .4 Carbon Dioxide Gas, Properties, and Storage .5 Carbon Dioxide Storage and Department of Energy (DOE) Goals .6 Methane Gas, Properties and Storage .7 Methane Storage and Department of Energy Target .1 Compressed Natural Gas (CNG) .2 Liquefied Natural Gas (LNG) .3 Solid State Storage for Adsorbed Natural Gas (ANG) .8 Adsorption History, Importance, Principles and Applications .1 Adsorption by Powders .2 Adsorptions by Porous Materials .3 Classifications and Types of Adsorption Isotherms .4 Physisorption and Chemisorption Principles .9 Metal Organic Frameworks (MOFs); and IUPAC Understanding .1 Types, Applications and Limitations of Metal-Organic Frameworks.2 Overviews of All Selected MOFs-Materials for This Research.3 Zinc Benzene-1,4-dicarboxylate (Zn-BDC) or Isorecticular Metal-Organic Frameworks – 1 (IRMOF-1/MOF-5) .6 Zinc Methyl-lmidazolate (Zn-Mim) or Zeolitic Imidazolate Framework (ZIF-8) .7 Iron and 1,3,5-Benzenetricarboxylate (Fe-BTC) Framework (Basolite F300) .11 Objectives, Goals of This Research. 31 CHAPTER TWO EXPERIMENTAL PROTOCOL .4 Sample Handling and MOF Synthesis .5 Zn-NDC Synthesis .6 Zn-BDC Synthesis.7 Cu-BTC Synthesis .8 Zn-Mim and Fe-BTC Synthesis .9 Material Characterizations, Measurements and Sample Handling .11 Using the X-RAY Diffraction (XRD) for Analysis .13 Laser Diffraction Particle Size Analyzer (LDPSA) .14 Fourier Infrared Spectroscopy Analyzer .15 Surface Area and Porosity Analyzer .16 High Pressure Volumetric Analyzer (HPVA) .17 Scanning Electron Microscope (SEM).
57 CHAPTER THREE MATERIAL CHARACTERIZATIONS .0 Characterizing the Selected Metal-Organic Frameworks (MOFs).1 Obtaining the Optimum Surface Area for Zn-BDC .2 Obtaining the Thermal Stabilities (TGA) of Synthesized MOFs .3 XRD Spectra of Synthesized MOFs.4 Laser Diffraction Particle Size Analysis (LDPSA) of Studied MOFs .5 Scanning Electron Microscope (SEM) .6 Fourier Transformed Infrared Spectroscopy (FTIR) for Studied MOFs .7 Surface Areas and Pore Volume for Studied MOFs .8 Surface Area and Gas(es) Adsorption Isotherms. 74 CHAPTER FOUR HYDROGEN GAS ADSORPTIONS .0 Sticking Efficiency (Ɵ) the Concept .1 Relationship Between Surface Area (SSA) and Sticking Efficiency (S(θ)) .2 Hydrogen Adsorptions and Isotherms .3 Enthalpy of Adsorptions. 100 CHAPTER FIVE METHANE GAS ADSORPTIONS .0 Methane Gas Adsorption Isotherms .1 Methane Adsorption and Sticking Efficiency (Ɵ).2 Enthalpy of Adsorptions. 117 CHAPTER SIX CARBON DIOXIDE GAS ADSORPTIONS .0 Carbon Dioxide Gas Adsorption Isotherms .1 Carbon Dioxide Gas Adsorption .2 Enthalpy of Adsorptions.
138 CHAPTER SEVEN CONCLUSION.1 Future Works Recommendation. 151 Publications From This Research. 158 xi LIST OF TABLES Table 1.1 Quick Scan: Porous Solids.2 Quick Scan: Powders .3 Quick Scan: Adsorption .1 Getting the synthesis temperature for Zn-BDC, using the rapid solvothermal method.2 Particle sizes for the synthesized and purchased MOFs used for this work .3 Showing both synthesized and purchased MOFs surface area and pore volume at 50 cm3/g .1 Low Pressure (LP) and High Pressure (HP) values for hydrogen gas adsorptions on selected MOFs along with their BET surface area and corresponding sticking efficiencies .2 Hydrogen adsorption analysis data at 77 K under low pressure .3 High Pressure Hydrogen adsorption analysis data at 77 K .1 Methane low and high pressure weight percent data .2 High pressure data for CH4 adsorption @ 298 K .3 Low pressure data for CH4 adsorption @ 298 K .4 Low Pressure (LP) and High Pressure (HP) calculated values for methane gas adsorptions on selected MOFs .1 Low Pressure (LP) and High Pressure (HP) calculated values for carbon dioxide gas adsorptions on selected MOFs .2 Carbon Dioxide Adsorption Sticking Efficiency (Ɵ) at Low and High Pressures Studies. 124 xiii LIST OF FIGURES Fig.
Probe accessibility over surface of material .1 The figure indicates the classification of adsorption isotherms defined by IUPAC .Pictorial structure of MOFs members formation sharing same topology and length. The expansions of their links increases their internal void space and allows for catenation formations. Rational modification, otherwise known as MOFs functionalizaton. Some structures of organic linkers for MOFs synthesis .1 Ball-milling machine, courtesy of Center for Hydrogen Storage and Research (CHSR) laboratory at Delaware State University, Dover.
The Glove Box. Courtesy of Delaware State University, Dover. Center for Hydrogen Storage and Research (CHSR). A PANalytical X’pert X-Ray Diffractometer Instrument.
Courtsey of Delaware State University, Dover. Center for Hydrogen Storage and Research (CHSR). The Perkin-Elmer Diamond TG/DTA Analyzer. Courtsey of Delaware State University, Dover.
Center for Hydrogen Storage and Research (CHSR).5 Laser diffraction particle size analyzer (Model: SALD-2201) from Shimadzu. Courtesy of Delaware State University, Dover. Center for Hydrogen Storage and Research (CHSR). (a) IRPrestige-21 Spectrometer from Shimadzu.(b) Sample studs, potassium bromide (KBr) (from Sigma-Aldrich and sample holder.
Courtesy of Delaware State University, Dover. Center for Hydrogen Storage and Research (CHSR). (a) Front-view of the Micromeritics ASAP 2020 surface area and porosity analyzer.(b) Back-view of the instrument showing the filters, vacuum pumps, beads column and all the different gas tanks connected. Courtesy of Delaware State University, Dover.
Center for Hydrogen Storage and Research (CHSR). Sample glass-tube, filler rod and seal frit used for BET and gas adsorption analysis. Courtsey of Delaware State University, Dover. Center for Hydrogen Storage and Research (CHSR) .(b) Rare-view of the instrument showing all the different gas tanks connected.
The insert photo shows the sample holder (2cc) with the gasket supplied by Swagelok. Courtesy of Delaware State University, Dover. Center for Hydrogen Storage and Research (CHSR. (a) Coating instrument (Denton Vacuum Desk IV) (b) Sample studs with samples on top.
Courtesy of University of Delaware, U. Center for Material Sciences, Department of Chemistry. JOEL JSM 7400F scanning electron microscope instrument, with insert snapshot of its resting base. Courtesy of University of Delaware, U.
Center for Material Sciences, Department of Chemistry. Snapshots of Zn-BDC (MOF-5), Zn-NDC (MOF-8) and Cu-BTC (HKUST-1) after synthesis from CHSR-DSU Laboratory, U.1 Chart of MOF-5 synthesis for this work, showing various temperature range of synthesis and corresponding error bar .2 Thermogravimetric (TGA) plots for synthesized and purchased MOFs used in this work.3 XRD patterns for Cu-BTC, Fe-BTC, Zn-Mim, Zn-BDC and Zn-NDC for this work showing their peak intensities versus 2Ɵ-angle. Particle distributions for the three synthesized MOFs and the two commercial MOFs used in this study. SEM capture photo for Zn-Mim MOF for this work.
SEM capture photo for Zn-NDC MOF for this work. SEM capture photo for Zn-BDC MOF for this work .8 SEM capture photo for Fe-BTC MOF for this work. SEM capture photo for Cu-BTC MOF for this work. IR-band spectra for synthesized and purchased MOFs used in this work.
Graph of surface area for synthesized and purchased MOFs. Graph of surface area and pore volume for synthesized and purchased MOFs. BET- Isotherms for synthesized and purchased MOFs for this studies. Chart showing relationship between BET surface area and sticking efficiencies for hydrogen (H2) at liquid nitrogen temperature (77 K) under high pressure .2 Hydrogen adsorptions Isotherms at low pressure (77 K) for MOFs used in this work.
Hydrogen adsorptions Isotherms at low pressure (196 K) for MOFs used in this work .
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Esosa Mark Iriowen (2015). Adsorption Gas MOFs: Sticking Efficiency New Approach [Luận án tiến sĩ, Delaware State University]. LuanAn.net. https://luanan.net/hoa-hoc/adsorption-gas-mofs-sticking-efficiency-new-approach-iriowen
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Adsorption Gas MOFs: Sticking Efficiency New Approach" nghiên cứu về vấn đề gì?
Khám phá phương pháp mới về hiệu quả hấp phụ khí MOFs, nâng cao khả năng bám dính cho các ứng dụng lọc và lưu trữ khí tiên tiến.
Luận án "Adsorption Gas MOFs: Sticking Efficiency New Approach" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Delaware State University. Năm bảo vệ: 2015.
Luận án "Adsorption Gas MOFs: Sticking Efficiency New Approach" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Adsorption Gas MOFs: Sticking Efficiency New Approach" thuộc chuyên ngành Applied Chemistry. Danh mục: Hóa Học.
Luận án "Adsorption Gas MOFs: Sticking Efficiency New Approach" có bao nhiêu trang?
Luận án "Adsorption Gas MOFs: Sticking Efficiency New Approach" có 182 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Adsorption Gas MOFs: Sticking Efficiency New Approach" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.