2020, Vol. 40
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2. 中国科学院生态环境研究中心, 中国科学院饮用水科学与技术重点实验室, 北京 100085;
3. 蒙纳士大学化学工程系, 澳大利亚, 维多利亚州 3800;
4. 清华大学环境学院, 清华大学水质与水生态研究中心, 北京 100084;
5. 通辽市自来水有限责任公司, 内蒙古, 通辽 028000
2. State Key Laboratory of Environmental Aquatic Chemistry, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085;
3. Department of Chemical Engineering, Monash University, Australia, VIC 3800;
4. Center for Water and Ecology, State Key Joint Laboratory of Environment Simulation and Pollution Control, School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084;
5. Tongliao City Water Supply Co., Ltd., Inner Mongolia, Tongliao 028000
近年来, 全球“温室效应”与气候变化对二氧化碳减排提出了更高的要求, 碳捕获材料成为环境领域的研究热点.另一方面, 在市政污泥厌氧消化、餐厨垃圾厌氧处置、农业废弃物能源化等过程中可能产生大量含有CO2、CH4的混合气体, 因此有效分离CO2、CH4和N2等获得纯净气体对于推进废弃物资源化、能源化以及实施节能减排战略具有重要的意义(Monastersky, 2013; 杨娜, 2016).相对于吸收、膜分离、低温蒸馏等分离方法, 吸附法以其工艺简单、成本较低等优势而备受关注, 因此, 设计制备出具有高吸附容量、高选择性、结构稳定的新型吸附材料是实现碳捕获或混合气体分离的关键(李莉等, 2006; 李鹏飞, 2007; 张永军等, 2008).
金属有机框架材料(MOFs, metal-organic frameworks)具有微孔丰富、骨架弹性大、表面积大、孔径可调等特点, 在混合气体吸附分离领域具有很好的优势(Alhamami et al., 2014).Bastin等采用吸附固定床证实, 在303 K、4.5 bar的条件下, 锌-对苯二甲酸金属有机框架(ZnBDC, MOF-508b)可从CH4、CO2和N2混合气体中选择性高效捕获CO2, 且CO2吸附量高达26.0% (Bastin et al., 2008).Xiang等报道的含Co-O-Co活性位点的三维金属有机框架(UTSA-16)对CO2吸附容量达7.14 mmol·g-1 (160 cm3·cm-3, 296 K, 1 bar), 远高于无官能团的UTSA-33a和具有羟基官能团的UTSA-20a和UTSA-34b, 是目前除Mg-MOF-74外最高的MOF类CO2吸附剂; UTSA-16在CO2/CH4(体积比50:50)和CO2/N2(体积比15:85)混合气体中, 对CO2的分离系数分别达到29.8和314.7, 证实了M-O-M(M代表金属)官能团对CO2的吸附具有重要的价值(Xiang et al., 2012).
除此之外, 相对于三维块状MOFs, 二维超薄的金属有机纳米片(2D MOFs NS, Two-Dimensional MOFs Nanosheets)具有超高横纵比、丰富表面位点以及最佳的量子尺寸效应, 从而表现出更优异的物理化学性质(Yang et al., 2017).例如, 2D MOFs NS表面暴露出大量含氧金属(M-O-M)活性位点, 从而在吸附、催化、电化学等过程中显现出明显的优势(Zhao et al., 2018).就气体吸附而言, 气体分子可以被吸附在层状卟啉类纳米片(Layered PPFs NS)的片层表面, 避免了多层纳米片堆叠导致活性位点难以利用的问题(Chen et al., 2018).近年来国内外报道了多种2D MOFs NS的制备方法, 主要分为“自上而下”、“自下而上”两种.其中, 前者通过超声等物理作用力破坏材料层间结构, 将三维纳米材料逐层剥离为二维纳米片; 后者通过控制材料纵向生长, 一步获得更稳定、更均匀的二维纳米片(Zhao et al., 2015).金属与卟啉(TCPP)配体结合可制备具有多层堆叠结构的PPFs (Porphyrin Paddlewheel Frameworks)系列三维纳米MOFs; 在此基础上, 可进一步通过“自上而下”或“自下而上”等方法获得2D PPFs NS.
本研究采用“自下而上”方式在温和反应条件下成功制备花状2D Cu-TCPP NS, 然后通过超临界冷冻干燥方法获得纯相2D Cu-TCPP NS气凝胶; 采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射光谱、热重分析、傅里叶红外光谱等方法对花状2D Cu-TCPP NS表面性质进行表征, 并对其吸附CO2、CH4、N2等气体性能和对CO2选择性分离性能进行了探讨.
2 材料与方法(Materials and methods) 2.1 试剂三水硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)、间苯二酚(C6H4(OH)2)、碳酸钠(Na2CO3)、N, N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙醇(C2H5OH)和甲醛(HCHO)均购于国药集团化学试剂有限公司, 三氟乙酸(C2HF3O2)和聚乙烯吡咯烷酮PVP (分子质量40000)购于西格玛-阿拉丁, 四(4-羧苯基)卟啉(H2TCPP >97%)购于东京化学工业株式会社.
2.2 材料制备2D Flower-like Cu-TCPP NS采用Zhao等(2019)报道的方法进行制备, 具体步骤简述如下：首先, 配制金属溶液A液：将Cu(NO3)2·3H2O (50.7 mg, 0.21 mmol)、C2HF3O2 (140 μL)和PVP (140 mg)溶于N, N-二甲基甲酰胺(DMF):C2H5OH = 3:1 (V:V)的混合溶液(168 mL)中, 利用超声细胞破碎仪(BIO SAFER 650-92)超声10 min (φ6, 35%, 53 kHz, 240 W)使其充分溶解.配制配体溶液B液：将四(4-羧苯基)卟啉(56 mg, 0.7 mmol)溶于DMF:C2H5OH = 3:1 (V:V)混合溶液(56 mL)中, 超声15 min使其充分溶解.之后, 利用集热式恒温加热磁力搅拌器(YUHUA DF-101S), 在充分搅拌条件下, 采用分液漏斗将B液均匀滴加到A液中, 超声10 min使A液与B液混合均匀.移取16 mL混合液至20 mL具塞样品瓶, 然后在80 ℃下油浴3 h, 冷却后即可获得Flower-like Cu-TCPP合成液; 利用高速冷冻离心机(SIGMA 3-16PK)进行15 min高速离心(12000 r·min-1), 撇去上清液; 再进行3次乙醇离心洗涤, 去除残留DMF、C2HF3O2、PVP等杂质, 最后用高纯水离心洗涤去除乙醇.
Flower-like Cu-TCPP气凝胶制备：根据文献(Tian et al., 2018)中报道的HKUST-1[Cu3(BTC)2(H2O)3]作为唯一材料制备气凝胶的方法, 将获得的2D Flower-like Cu-TCPP水分散液经12000 r·min-1离心洗涤, 得到高浓度Flower-like Cu-TCPP悬浊液, 撇去上清液; 离心管底部沉淀物利用冷冻干燥机(北京博医康实验仪器有限公司FD-1A-50)进行冷冻干燥(－80 ℃), 得到高密度Flower-like Cu-TCPP气凝胶(分子式：C48H28N4O10Cu3), 利用Cu-TCPP水分散液中纳米片与水分子之间的张力作用, 通过升华使Cu-TCPP花堆叠成具有一定机械强度的砌块.
2.3 实验方法水稳定性：在100 mL超纯水中加入定量Flower-like Cu-TCPP悬浊液, 经测定分散液浓度分别为478 mg·L-1和783 mg·L-1; 在25 ℃、100 r·min-1摇床中振荡, 分别反应6、12、24、48、72和96 h时取样, 经0.22 μm滤膜过滤后测定滤液中Cu2+浓度.
酸/碱稳定性：取200 mg·L-1的Flower-like Cu-TCPP水分散液, 分别用0.1 mol·L-1 HCl和NaOH溶液调节pH至1和11, 静置24 h, 观察分散液丁达尔现象和滤出液颜色, 测定Cu2+浓度.
对N2、CO2或CH4的吸附性能：在120 ℃下脱气6 h后, 分别利用美国麦克ASAP 2020型BET比表面分析仪(Micromeritics)测定上述气体的吸附曲线(298 K).
气体分离系数：在相对压力为1.0时, 通过下不同气体之间的平衡吸附量比值计算确定, 如CO2和CH4的吸附分离系数为n(CO2)/n(CH4).
2.4 分析与表征表征样品采用Flower-like Cu-TCPP乙醇分散液和气凝胶粉末.样品表面形貌采用SU-8020型扫描电子显微镜SEM (日本日立公司)和JEM 2100型透射电子显微镜TEM(日本日立公司)表征, 并进行Mapping和X射线能谱分析(EDS)元素分析.表面元素组成和价态利用Escalab 250Xi型X-射线光电子能谱分析仪XPS (ThermoFisher Scientific)和Nicolet 8700型红外光谱仪FTIR (Thermo Fisher Scientific)进行分析.晶体形貌利用X′Pert PRO MPD型X-射线衍射仪XRD (PANalytical)分析, 测定条件为Cu靶, 管流40 mA, 管压40 kV, λ=1.5418 Å, 扫描速度为5°·min-1.热稳定性利用DSC1/1600HT型热重分析仪TGA (Mettler-Toledo)测定.利用BET比表面分析仪(美国麦克ASAP 2020, Micromeritics)测定Flower-like Cu-TCPP(91.1 mg)的N2吸脱附等温线(77 K), 确定Flower-like Cu-TCPP的孔道分布情况(PSD, Pore Size Distribution).Cu2+浓度利用iCAP Q型电感耦合等离子质谱仪ICP-MS (Thermo Fisher)测定.光敏配体H2TCPP中的卟啉环在紫外光区域有特征吸收峰, Cu-TCPP分散液浓度利用U-3900型紫外可见分光光度计(HITACHI Co.)测定433.5 nm处吸光度进行测定.
3 结果与讨论(Results and discussion) 3.1 2D Flower-like Cu-TCPP制备过程与涉及的主要反应采用双溶剂热法制备花状2D Flower-like Cu-TCPP的过程如图 1所示.前驱体Cu2+和H2TCPP在DMF与C2H5OH双溶剂体系中, 在温和油浴反应条件下合成2D Cu-TCPP NS.Flower-like Cu-TCPP的官能团取决于Cu与H2TCPP的结合方式.首先, Cu2+可与卟啉环外苯环上的羧基氧配位得到Cu—O—Cu活性位点, 每个Cu2+与2个H2O分子的—OH氧和4个H2TCPP分子的—COOH氧发生键合, 形成Cu(OH)2O4金属簇作为MOF拓扑结构中的金属节点.另一方面, Cu2+可与卟啉环内吡咯上的N原子配位得到N···Cu···N活性位点, 其中Cu2+与具有多π电子结构的卟啉环(π-Ring)之间通过静电作用发生配位, 进而作为卟啉环内中心原子(Motoyama et al., 2011; Zhao et al., 2019).此外, 双溶剂、表面活性剂和酸性小分子在调控二维晶体合成中发挥重要作用(Rodenas et al., 2015).例如, 引入表面活性剂可减缓反应速度, 避免纳米颗粒团聚, 且国内外已报道多种长链聚合物用于调控2D MOFs NS制备过程, 如PVP (Ah et al., 2005; Washio et al., 2006; Pastoriza-Santos et al., 2009, Zhai et al., 2016, Jiang et al., 2018)、聚乙烯醇(PVA)(Porel et al., 2005)、聚乙烯十八烷醚(Brij 700) (Jang et al., 2011)、聚乙烯亚胺(Chen et al., 2007)、多胺(Sun et al., 2005)等.这些聚合物的带电性、长度、亲疏水性等直接影响2D金属纳米片形貌、官能团特性等(Kim et al., 2012).本研究中, C2HF3O2和PVP在2D Flower-like Cu-TCPP制备过程中起到控制晶体形貌和合成速率的作用, 在不影响晶体横向平面(ab面)延伸前提下限制晶体纵向(c轴方向)的生长, 进而获得花状二维纳米片层结构.
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| 图 1 2D Flower-like Cu-TCPP和高密度气凝胶的合成示意图 Fig. 1 Schematic illustration of synthesis 2D Flower-like Cu-TCPP and dense aerogel |
SEM和TEM结果显示, 2D Flower-like Cu-TCPP纳米片呈现出中间厚、边缘薄的花状形貌, 横向尺寸大、厚度薄, 具有大量褶皱结构(图 2).高倍率SEM显示片层花瓣边缘的齿状轮廓, 说明2D Flower-like Cu-TCPP具有良好机械刚性以保持完整花状结构; 低倍率SEM显示2D Flower-like Cu-TCPP分布均匀、大小均一, 每朵“花”的尺寸为8~10 μm.TEM分析表明, 2D Flower-like Cu-TCPP是由多层圆形纳米片堆叠后从中间开始褶皱并向外延伸而形成的中间厚、边缘薄、表面光滑的花状薄片.
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| 图 2 2D Flower-like Cu-TCPP在乙醇分散液中的的形貌(a, b)扫描电子显微镜, (c, d)透射电子显微镜 Fig. 2 The morphology of 2D Flower-like Cu-TCPP in C2H5OH, a) and b) SEM, c) and d) TEM |
2D Flower-like Cu-TCPP经浓缩聚集、冷冻干燥后, 可获得易于携带和使用的超轻气凝胶砌块(估算密度约为0.0277~0.0640 g·cm-3), 砌块大小、形状与盛装器皿有关, 且该“碗状”气凝胶整体致密均匀, 无其他杂质(图 3).高速离心获得的2D Flower-like Cu-TCPP沉淀物进行超临界冷冻干燥, 该物理升华过程不涉及化学反应, 未改变纳米片聚集程度且可保证稳定的机械结构.图 3显示, 所获得气凝胶的花瓣结构和微小褶皱均被完整保留, 这在最大程度上保留和暴露了2D Flower-like Cu-TCPP表面活性位点.Mapping扫描结果表明, Flower-like Cu-TCPP的主要元素为C、N、O和Cu, 且元素均匀分布, 花状轮廓清晰(图 4); 材料表面未检出F元素, 说明三氟乙酸主要发挥调控材料合成的作用.元素组成半定量(EDS)分析结果显示, Cu与O含量相当, 均为20%左右; N含量约为15%.每个卟啉分子含有4个N原子和8个氧原子, Cu2+的两种配位方式使其含量与O接近.因此, 2D Flower-like Cu-TCPP具有丰富的Cu(OH)2O4金属簇活性位点.UV-Vis全波长扫描结果表明, 与H2TCPP对比, Cu2+金属化制备的Flower-like Cu-TCPP卟啉环特征吸收峰从419 nm红移至433.5 nm, 这主要是由于Cu2+的Pπ轨道与发生能量跃迁的卟啉环π轨道相互作用所致(Fateeva et al., 2012).
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| 图 3 气凝胶的表面形貌(a, b)和扫描电子显微镜表征的微观形貌(c, d) Fig. 3 The digital photo and SEM morphology of 2D Flower-like Cu-TCPP |
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| 图 4 2D Flower-like Cu-TCPP的元素分析图谱 Fig. 4 The mapping results of 2D Flower-like Cu-TCPP |
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| 图 5 2D Flower-like Cu-TCPP的全波长紫外扫描(a)和标准曲线(b) Fig. 5 The wavelength scan of 2D Flower-like Cu-TCPP by UV-vis (a) and the standard curve (b) |
空气中暴露超过48 h后的气凝胶XRD结果表明(图 6a), 2D Flower-like Cu-TCPP有明显晶体结构, 证明其可沿各方向生长.其中, 2θ为7.4°、8.6°、11.8°和19.2°处的峰分别代表晶面(110)、(200)、(210)、(320)和(002), 且(110)晶面为2D Flower-like Cu-TCPP的特征晶面(Zhao et al., 2015, Lee et al., 2019).表面活性剂可辅助控制MOF晶体的生长方向, 从而得到各向异性生长的超薄二维MOFs (Qiu et al., 2019).与三维Me-TCPP (Me=Zn、Co、Pd、Ni、Cu、Cd和Mn)不同, 2D Flower-like Cu-TCPP的(110)主峰向2θ值减小的方向偏移, 由布拉格方程可推断这主要对应于片层间距增加(式(1)).此外, XRD谱图中显示多个晶峰合并, 这说明2D晶体结构更加无序(Motoyama et al., 2011).
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| 图 6 2D Flower-like Cu-TCPP的晶体衍射结构分析(a)和红外分析结果(b) Fig. 6 The PXRD (a) and FTIR (b) results of 2D Flower-like Cu-TCPP |
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(1) |
2D Flower-like Cu-TCPP的FTIR谱图如图 6b所示.由于配位后形成的2D Flower-like Cu-TCPP结构中含有—OH的位置仅存在于金属节点Cu(OH)2O4的Cu—(OH)—Cu键中, 波数3250 ~3750 cm-1之间的吸收峰对应于Cu(OH)2O4金属簇中μ—OH基团的伸缩振动峰(Chen et al., 2019), 这是重要的吸附活性位点.波数为1000~1250 cm-1的变化主要取决于卟啉环内C—N键的伸缩振动, 推测可能是卟啉环内吡啶N与Cu的配位导致的光谱伸缩振动.波数1400 cm-1和1610 cm-1处的吸收峰对应于卟啉环外苯环上—COO的伸缩振动, 波数990 cm-1处对应于卟啉环内N—H键的伸缩振动, 而波数1290 cm-1处则对应于聚合物PVP中C—N键的伸缩振动.FTIR结果可从侧面证实图 1所述的2D Flower-like Cu-TCPP结构.
3.2.4 2D Flower-like Cu-TCPP稳定性分析MOF稳定性是决定其在实际工程中能否应用的重要因素.TGA结果表明, 温度从100 ℃升高到300 ℃时, 2D Flower-like Cu-TCPP内部有机分子挥发; 温度大于350 ℃时, 材料结构坍塌和分解(图 7).分别对高、低浓度(478、783 mg·L-1)的Flower-like Cu-TCPP水分散液进行水稳定性实验, 发现分散48 h, 两个体系溶出Cu2+浓度相当, 约为0.1%, 分别为150 μg·L-1和55 μg·L-1; 随着浸泡时间延长, 高浓度分散液Cu2+溶出浓度明显升高; 分散96 h后, 两个体系Cu2+溶出比均在0.25%以下, 说明2D Flower-like Cu-TCPP具有较好的水稳定性.酸碱稳定性测定结果显示(表 1), 酸性条件下浸泡24 h, Cu2+析出4%, 样品过膜后滤液无色; 在碱性条件下Cu2+析出现象更为明显, 达到31.7%, 分散液呈现出H2TCPP的颜色, 证明材料在酸性条件下更稳定, 在碱性条件下Cu2+析出严重, 但是两种分散液均表现出丁达尔效应现象, 说明在强碱性条件下, 仍有完整的Flower-like Cu-TCPP存在.
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| 图 7 2D Flower-like Cu-TCPP的热重分析图谱(a)和108 h内, 高浓度和低浓度2D Flower-like Cu-TCPP分散液的水体稳定性(b) Fig. 7 The TGA result of 2D Flower-like Cu-TCPP (a) and the stability of high and low 2D Flower-like Cu-TCPP distribution in 108 h(b) |
| 表 1 2D Flower-like Cu-TCPP酸/碱性分散液稳定性情况 Table 1 The acid/base stability of 2D Flower-like Cu-TCPP suspension |
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研究发现, 孔道尺寸为13.05 Å的一维SIFSIX-1-Cu对CO2吸附容量为1.84 mmol·g-1, 堆叠成孔道尺寸为5.15 Å的SIFSIX-1-Cu-i对CO2吸附容量提高至5.41 mmol·g-1, 证明孔道结构对CO2的吸附也具有重要的价值(Nugent et al., 2013).图 8a给出了2D Flower-like Cu-TCPP气凝胶的比表面积和孔径分布曲线, 表现出Ⅰ型N2吸附-脱附特性和H1型磁滞回线.这说明2D Flower-like Cu-TCPP气凝胶内部孔道直径与N2分子直径相近, 属于微孔材料.采用BET方法计算得出其比表面积为321.92 m2·g-1, 平均孔径为3.2 nm.根据密度泛函理论(DFT)模型拟合结果(图 8b), 材料为从微孔到介孔连续孔径分布的多孔体, 微孔主要分布在1.8 nm附近, 此外存在少量孔径约为2.7 nm和5.0 nm的介孔结构, 其中, 小于1.483 nm的孔道体积为0.0991 cm3·g-1, 小于14.761 nm的孔道总体积为0.1226 cm3·g-1.CO2、N2和CH4等小分子气体的动力学直径分别为3.30、3.64和3.76 Å, 上述孔道分布多样的微孔结构对于吸附小分子气体是有利的.
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| 图 8 在77 K下, 通过N2吸脱附等温线表征2D Flower-like Cu-TCPP的表面特性(a), 2D Flower-like Cu-TCPP的孔道分布(插图：N2, CO2和CH4的分子尺寸)(b), 在298 K下, 2D Flower-like Cu-TCPP对N2, CO2和CH4的吸附结果(c), 不同压力条件下CO2/N2、CO2/CH4和CH4/N2的吸附量比值(d) Fig. 8 The BET surface results by N2 adsorption/desorption isotherm at 77 K (a), the pore size distribution of 2D Flower-like Cu-TCPP (b), the N2, CO2 and CH4 adsorption results of 2D Flower-like Cu-TCPP at 298 K (c) and the adsorption quantity ratio of CO2/N2、CO2/CH4 and CH4/N2 on different pressure (d) |
为评价2D Flower-like Cu-TCPP对小分子气体的吸附能力, 通过Langmuir模型对CO2、CH4和N2等典型小分子气体的平衡吸附等温线进行拟合(图 8 c, 式(2)), 相关参数见表 2.
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(2) |
| 表 2 Langmuir模型拟合的2D Flower-like Cu-TCPP吸附等温线相关参数 Table 2 Parameters of adsorption isotherms on 2D Flower-like Cu-TCPP by Langmuir model |
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式中, Qe为每克吸附剂吸附的气体量(mmol·g-1); P为达到吸附平衡时的相对压力(MPa); Q0为每克吸附剂可以吸附的最大气体量(mmol·g-1); KL为Langmuir平衡系数.
根据结果可知, CO2、CH4和N2的Langmuir吸附等温线的拟合效果非常好, 相关系数均达到0.998以上, 对应的最大吸附量分别为7.357、2.852、2.002 mmol·g-1.根据文献可知, 对于相同温度和压力, 气体临界温度越低, 在273 K下偏离临界状态的程度越大, 则气体吸附难度越大, 吸附量越小(王玉新等, 2009).N2、CO2和CH4的临界温度分别为126、340和190 K, 因此, 理论上2D Flower-like Cu-TCPP对上述气体吸附容量大小应遵循如下顺序：CO2> CH4> N2.与273 K, 1 bar下测定的2D Flower-like Cu-TCPP对CO2、CH4和N2的吸附容量(3.70、1.46和0.53 mmol·g-1)相符.进一步探究在不同压力条件下的CO2/N2、CO2/CH4和CH4/N2的吸附量比值可知(图 8d), 吸附量比值越大, 气体分离能力越强, 其中CO2/N2和CO2/CH4的吸附量比值随着压力的增加逐渐减小, 在0.5 MPa时最大分别为9.86、4.00;CH4/N2的吸附量比值随着压力的增加逐渐增加, 在1.0 MPa时最大, 为2.52;由此得出2D Flower-like Cu-TCPP对CO2, CH4, 和N2的混合气体分离能力为CO2/N2＞CH4/N2＞CO2/CH4, 即2D Flower-like Cu-TCPP更适合应用于CO2和N2混合气体中CO2的提纯或N2的分离.Rodenas等以聚合物为基底制备了铜-对苯二甲酸膜材料, 其对CO2最大吸附容量为0.82 mmol·g-1, 在CO2/CH4混合气体中对CO2的选择性分离系数为3.9±0.5 (Rodenas et al., 2015).因此, 与上述Cu基MOF材料相比, 2D Flower-like Cu-TCPP具有一定的气体吸附优势, 这主要由于其微孔丰富、比表面积大、孔道分布适度.此外, 2D Flower-like Cu-TCPP网状微孔骨架上大量Cu2(CO2)4活性位点可高效吸附CO2、CH4和N2等小分子.
4 结论(Conclusions)在C2HF3O2和PVP等小分子存在条件下, 利用双溶剂热法成功制备花状2D Flower-like Cu-TCPP, 进一步经超高速离心和冷冻干燥, 获得充分保留二维结构和物理化学特性的微孔气凝胶材料.C2HF3O2和PVP主要控制晶体形貌和合成速率, 在不影响横向ab面延伸前提下限制纵向c轴方向生长.Flower-like Cu-TCPP气凝胶比表面积为321.92 m2·g-1, 平均孔径为3.2 nm; 水稳定性和酸稳定性较好, 碱稳定性较差; 由于充分暴露出金属活性位点Cu-O-Cu, 从而对CO2、N2和CH4表现出优异的吸附分离性能.根据Langmuir吸附等温线拟合得到, CO2、CH4和N2的最大吸附量分别为7.357、2.852、2.002 mmol·g-1.CO2/N2、CO2/CH4和CH4/N2的最大分离系数分别为9.86, 2.52和4.00.新型CO2吸附剂花状2D Flower-like Cu-TCPP的制备为二氧化碳捕获和混合气体选择性分离提供了新的思路.
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