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三种新型洗提色谱填料的制备及其对氢同位素H2/D2的分离/分析性能研究

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摘要

符号说明

第一章 绪论

1.1 氢同位素气体分离的意义

1.2 氢同位素气体的分离方法

1.2.1 热扩散法

1.2.2 热循环吸附法

1.2.3 激光法

1.2.4 钯合金膜扩散法

1.2.5 化学交换法

1.2.6 低温精馏法

1.2.7 气相色谱法

1.3 氢同位素气体的分析方法

1.3.1 质谱法

1.3.2 红外光谱法

1.3.3 拉曼光谱法

1.3.4 气相色谱法

1.4 洗提色谱法分离氢同位素的研究现状

1.4.1 玻璃粉末柱和玻璃微球柱

1.4.2 分子筛柱

1.4.3 活性氧化铝柱

1.4.4 MOFs@γ-Al2O3柱和MOFs@NH2-γ-Al2O3柱

1.5 金属-有机骨架化合物(MOFs)的简介、MOFs对氢同位素H2/D2的分离机理以及理论计算的现状

1.5.2 金属-有机骨架化合物(MOFs)分离氢同位素H2/D2的机理

1.5.3 金属-有机骨架化合物(MOFs)用于氢同位素H2/D2分离的理论计算的现状

1.6 课题的选题思路及本课题的研究内容

1.6.1 课题的选题思路

1.6.2 课题的研究内容

第二章 新型MnCl2@Ni-MOF-74@NH2-γ-Al2O3洗提色谱填料的制备及其对氢同位素H2/D2的分离/分析性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验药品和试剂

2.2.2 实验仪器

2.2.3 MnCl2@Ni-MOF-74@NH2-γ-Al2O3复合材料的制备

2.2.4 NH2-γ-Al2O3片,Ni-MOF-74@NH2-γ-Al2O3片和MnCl2@Ni-MOF-74@NH2-γ-Al2O3片的制备

2.3 Ni-MOF-74@NH2-γ-Al2O3与MnCl2@Ni-MOF-74@NH2-γ-Al2O3复合材料的表征

2.3.1 红外光谱图

2.3.2 粉末X-射线衍射谱图

2.3.3 复合材料的SEM图以及EDS能谱分析

2.3.4 N2吸脱附等温线

2.4 洗提色谱填料对氢同位素H2/D2的分离性能的研究

2.4.2 NH2-γ-Al2O3和γ-Al2O3洗提色谱填料对氢同位素H2/D2的分离性能研究

2.4.3 Ni-MOF-74@NH2-γ-Al2O3洗提色谱填料对氢同位素H2/D2的分离

2.4.4 MnCl2@8-Ni-MOF-74@NH2-γ-Al2O3洗提色谱填料对H2/D2的分离

2.4.5 定量分析

2.5 结论

第三章 新型MnCl2@Ni/Co-MOF-74@γ-Al2O3和MnCl2@Co-MOF-74/Ni-MOF-74@γ-Al2O3洗提色谱填料的制备及其对氢同位素混合气体H2/D2的分离/分析性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验药品和试剂

3.2.2 实验仪器

3.2.3 MnCl2@Ni/Co-MOF-74@γ-Al2O3和MnCl2@Co-MOF-74/Ni-MOF-74@γ-Al2O3复合材料的制备

3.2.4 γ-Al2O3片,6-Ni/Co-MOF-74@γ-Al2O3片,4-Co-MOF-74/Ni-MOF-74@γ-Al2O3片和5-Co-MOF-74/Ni-MOF-74@γ-Al2O3片的制备

3.3 Ni/Co-MOF-74@γ-Al2O3、Co-MOF-74/Ni-MOF-74@γ-Al2O3、MnCl2@Ni/Co-MOF-74@γ-Al2O3与MnCl2@Co-MOF-74/Ni-MOF-74@γ-Al2O3复合材料的表征

3.3.1 复合材料的红外光谱图

3.3.2 粉末X-射线衍射谱图

3.3.3 Ni/Co-MOF-74@γ-Al2O3、MnCl2@Ni/Co-MOF-74@γ-Al2O3、Co-MOF-74/Ni-MOF-74@γ-Al2O3与MnCl2@Co-MOF-74/Ni-MOF-74@γ-Al2O3复合材料的SEM图和EDS能谱分析

3.3.4 N2吸脱附等温线

3.3.5 复合材料的热稳定性

3.4 洗提色谱填料对氢同位素H2/D2的分离性能研究

3.4.1 洗提色谱分离条件的选择

3.4.2 γ-Al2O3和MnCl2@γ-Al2O3洗提色谱填料对氢同位素H2/D2的分离性能研究

3.4.3 Ni/Co-MOF-74@γ-Al2O3和Co-MOF-74/Ni-MOF-74@γ-Al2O3洗提色谱填料对氢同位素H2/D2的分离性能研究

3.4.4 MnCl2@Ni/Co-MOF-74@γ-Al2O3和MnCl2@Co-MOF-74/Ni-MOF-74@γ-Al2O3色谱固定相材料对氢同位素H2/D2的分离性能研究

3.4.5 定量分析

3.5 结论

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师简介

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摘要

本文用洗提色谱法将色谱柱置于液氮杯中(77K)展开了对氢同位素H2/D2分离的研究。本文取得了以下的研究进展:
  1.本文制备了三种新型复合材料MnCl2@8-Ni-MOF-74@NH2-γ-Al2O3、MnCl2@2-Ni/Co-MOF-74@γ-Al2O3和MnCl2@2-Co-MOF-74/Ni-MOF-74@γ-Al2O3,采取红外光谱、粉末X-射线衍射谱、扫面电镜分析、EDS能谱分析、N2吸-脱附等温线法和热重-差热分析表征手段对所得复合物进行了表征。
  2.将所合成的三种复合材料MnCl2@8-Ni-MOF-74@NH2-γ-Al2O3、MnCl2@2-Ni/Co-MOF-74@γ-Al2O3和MnCl2@2-Co-MOF-74/Ni-MOF-74@γ-Al2O3作为洗提色谱填料填装到长1.0m、内径为2.0mm的不锈钢色谱柱中,用于分离氢同位素H2/D2的分离和分析研究。固定以下实验条件:热导检测器(TCD)温度为100℃、柱温77K(将不锈钢色谱柱浸没在液氮杯内)、色谱仪的桥电流为150mA,氦气为载气。通过改变Ni-MOF-74,Ni/Co-MOF-74和Co-MOF-74/Ni-MOF-74循环负载次数、MnCl2负载量、载气流速、进样量这四个实验条件去考察这三种复合材料最佳的分离氢同位素H2/D2条件。研究表明,MnCl2@8-Ni-MOF-74@NH2-γ-Al2O3色谱填料在分离氢同位素H2/D2时,最佳的实验条件为:Ni-MOF-74循环负载次数为8、MnCl2负载量为20wt%、载气流速为30mL/min、进样量为100μL。在此条件下,分离选择性最佳,分离度R为2.13,分离时间为4.04min。MnCl2@2-Ni/Co-MOF-74@γ-Al2O3和MnCl2@2-Co-MOF-74/Ni-MOF-74@γ-Al2O3色谱填料在分离氢同位素H2/D2时,最佳的实验条件为:Ni/Co-MOF-74和Co-MOF-74/Ni-MOF-74循环负载次数为2、MnCl2负载量分别为25%和20%、载气流速为60mL/min、进样量为100μL。在此条件下,分离选择性最佳,分离度R分别为2.75和2.11,分离时间分别为3.95min和4.81min。用MnCl2修饰后的MnCl2@8-Ni-MOF-74@NH2-γ-Al2O3复合材料作为色谱填料对氢同位素H2/D2进行分离,有效地解决了8-Ni-MOF-74@NH2-γ-Al2O3分离氢同位素H2/D2存在的色谱峰柱效较低、分离度较低和分离时间较长等问题。用MnCl2修饰后的MnCl2@2-Ni/Co-MOF-74@γ-Al2O3和MnCl2@2-Co-MOF-74/Ni-MOF-74@γ-Al2O3复合材料作为色谱填料对氢同位素H2/D2进行分离,都有效地解决了2-Ni/Co-MOF-74@γ-Al2O3和2-Co-MOF-74/Ni-MOF-74@γ-Al2O3色谱填料分离氢同位素H2/D2时出现的各组分色谱峰柱效低和色谱峰拖尾的问题,并且缩小了色谱图中H2/D2各组分的保留时间,提高了分离效率。
  3.定量分析了MnCl2@8-Ni-MOF-74@NH2-γ-Al2O3、MnCl2@2-Ni/Co-MOF-74@γ-Al2O3和MnCl2@2-Co-MOF-74/Ni-MOF-74@γ-Al2O3色谱填料分离氢同位素H2/D2(体积比为1∶1),结果表明,纯组分和混合组分的H2和D2的保留时间的相对标准偏差均小于1%,峰面积的相对标准偏差均不大于5%,混合组分的H2和D2的各自进样后的体积百分含量与进样前的体积百分含量的相对误差均不大于±0.10,因此使用本论文合成的色谱填料所填充的色谱柱重复性以及准确性良好,定量结果准确。

著录项

  • 作者

    杨少微;

  • 作者单位

    北京化工大学;

  • 授予单位 北京化工大学;
  • 学科 化学工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 金鑫,周云山,赵勇;
  • 年度 2018
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 TQ421.381;
  • 关键词

    洗提色谱填料; 制备工艺; 氢同位素; 分离性能;

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