學位論文

近年來金屬有機骨架 (Metal-organic frameworks, MOFs) 材料的研究上顯示，結晶化的MOF是由成核、非序化再到結晶化的。由於結晶過程中不同的狀態會影響成核的速率以及結構的網絡，因此了解其中的生長階段對於想要針對特定應用的MOF的合成開發顯得非常重要。然而，MOF由非序化 (Disordered) 轉變到結晶態 (Crystalline) 的過程，並未見過往的研究提出任何機制探討。本研究分為兩個部分，第一部份想探討MOF非序化轉變到結晶化的關鍵原因。承續實驗室已經開發的溶劑脫附誘導非序化及缺陷結構，可快速驅動MOF結晶成有序孔洞結構，本研究將往更廣的面向去討論不同四羧酸配位基的MOF—NU-1000(Zr)、NU-901(Zr)以及MFM-300(M) (M=Al、Ga、Sc、Fe)，是否也具有類似的結構轉變現象。透過粉末X射線繞射 (PXRD)、場發射電子顯微鏡 (FE-SEM) 和比表面積及孔隙分析儀，本研究證明以雙溶劑交換 (Two solvents exchange, TOSE) 及加熱抽真空 (Heat under vacuum, HEVA)手法處理的產物依然保有與文獻記載相似的MOF結構、形貌及吸附性能。並透過結晶度計算以及自動電位滴定儀的實驗結果分析，證實了MOF晶格從初合成的非序化結構到因溶劑脫附誘發快速結晶化的過程。本研究更進一步大幅縮短了合成的時間，找出MOF能保持高度結晶性最佳的轉換方法。第二部分中，本實驗探討了如何在液相環境中將微量苯從環己烷中吸附移除。目前，全球生產的環己烷中約有80 ~ 85 %是透過苯的還原加氫反應獲得的，該反應會產生環己烷和殘留苯的混合物。由於苯具有相當高的毒性，並會對人體產生短期或長期的健康影響，因此生成環己烷時必須先純化，除去未反應的苯。根據目前市面上化學品公司的表明，環己烷的成品通常含有低於50 ppm的苯。本研究選用MFM-300(Sc)及MFM-300(Ga)作為吸附劑，其孔徑大小約為6.5 Å，具有四羧酸配位基與金屬團簇結合形成的通道型結構，可以有效的將苯捕捉在孔洞中，並且產生大量主體客體或客體客體之間的 π - π 電子作用力。本研究透過氣相層析質譜儀 (GC-MS)，分析攪拌吸附後環己烷溶液中微量苯的殘留量。結果表明，在苯濃度約為50 ppm左右的環己烷中加入MFM-300(Sc)或是MFM-300(Ga)作為吸附劑，經過七至八次吸附循環後可以有效的降低苯的含量至將近0 ppm。

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