项目研究总结报告
项目组成员：李佳佳 汤小飞 邴少利 马瑶瑶 指导教师：刘雪霆
专业年级：化学工程与工艺10-04 所在学院：化学工程学院
摘要：我们研究的项目是借助形状识别、亲水疏水及静电作用的MOF材料用于选择性地吸附脱除液体中有机物的研究。通过对不同吸附剂的吸附对比，以及不同浓度不同温度下的吸附效果对比，表明了MOF材料在吸附方面的优越性。
关键词：MOF 选择性 吸附 创新 实践
借助形状识别、亲水疏水及静电作用的MOF材料用于选择性地吸附脱除液体
中有机物的研究总结报告
现在，将近一年的“大学生创新性实验计划”就要结题了。回想起过去一年里参加创新实验的过程, 我们四个人一起组队，开始的寻找课题，查阅相关参考文献,最终选定的项目是借助形状识别、亲水疏水及静电作用的MOF材料用于选择性地吸附脱除液体中有机物的研究。 然后申请立项撰写项目申请书,在刘雪霆老师及刘老师实验室的学长学姐的帮助下，我们确定实验原理、实施方案; 并制定详细的研究方案和步骤。经一年的努力，我们的项目基本取得了预期的成果。我们利用溶剂热法来合成微孔金属框架材料MOF（见下图），然后利用合成出来的材料进行吸附脱除液体中有机物的实验，研究其选择性地吸附脱除液体中有机物的性能，利用以下的一些测试来表征材料的结构和性能，继而对材料的合成条件进行优化，得到预期的效果。
最初确定实验方向，对于我们来说难度不大，因为在项目申请前我们已经经过了充分的沟通和与指导老师的讨论，金属有机框架半导体材料（metal-organic framework,简称MOF） 是一类具有广阔应用前景的新型多孔材料，利用过渡金属离子或金属簇与有机配体之间的分子组装方法可以得到具有特定尺寸和形状的多孔材料。芳香多羧酸、多唑化合物具有丰富的配位结构类型，被广泛用于制备新型的 MOF 材料。MOF 与传统的多孔材料(如沸石分子筛和碳材料等)相比具有结构可调、孔隙率高、孔大小分布均匀、比表面积大等特点，在催化、吸附、气体储存等领域展现出广泛的应用前景。所以我们选择对其吸附性能进行研究，同时希望通过试验确定其最佳吸附条件以及与其他吸附剂相比，性能优劣。确定了试验目标，我们对实验思路进行了大致规划：首先必然是MOF 材料的合成，当合成了足够实验室用的吸附剂后，便可以开始对其吸附性能进行检测。为了更清楚的评价器性能优劣，我们选择了甲基橙，刚果红，亚甲基蓝，罗丹明-B等不同的吸附质，分别进行吸附。选择出吸附效果较好的吸附质后，为了确定其最佳吸附条件，我们又采取了控制变量法，对其在不同温度及不同酸碱度下的吸附性能进行测定。最后为了比较我们合成的这种吸附材料与传统吸附材料的吸附性能差异，我们有进行了相同条件下活性炭及分子筛的吸附测定，然后比较其结果。以上便是我们实验过程中的总体思路，遵循这个大的方向，我们经过组内分工，循序渐进的开始了我们的工作。
往往大方向的确定是容易的，而具体实施起来才会认识到层层困难。制定实验计划就是我们碰到的第一个棘手的问题，由于对具体实验流程不熟悉，大家必须查看大量文献资料，了解制备MOF材料的具体实验方法，吸附质的选择、吸附剂的用量、温度以及需要测试的性能参数等，结合我们的具体目标，从而确定我们实验的步骤。而制定一项完整的计划，往往有许多考虑不周到的地方，例如在安排每天做的测试项目时漏掉几个内容，时间安排不合理等等，等之后有了经验才能慢慢改进。
实验的具体实施阶段是我们整个项目最关键、耗时最长也是遇到困难最多的阶段。大到实验方案的把握，小到购买实验材料、具体计算每天材料使用量和每天工作量、实验结果记录表格的设计等，都需要我们有明确的计划和安排，分工合作、及时沟通，才能按时完成任务。我们在实验过程中也会经常被突如其来的问题难住，大家也经历了从开始的手忙脚乱到后来的主动思考、提前考虑，合理解决问题。例如由于前期预算、计划不及时，做实验到一半时发现某样试剂用完，不得不暂停实验甚至前边做了一半的实验都要前功尽弃，影响了我们实验的进度和计划安排。有了经验之后我们会尽量早做准备防止这些情况发生，我们会提前查看试剂使用情况，提前订购下一步实验需要的化学药品，亦会定期检查仪器情况，注意规范操作，尽量避免由于自己的不小心导致的意外。
在后期的实验数据处理、结果分析阶段，如何将具体的实验数据整理、分析，从中提炼出对我们的分析有用的数据并建成合理的数学模型，是对我们分析、研究能力的考验。利用软件将一堆数值整理成直观的图表形式难度不大，但把这些毫无规律的数据拟合拟合吸附动力学和热力学方程时，由于专业知识所限我们不知从何入手，最后在老师和学长的指导帮助下才得以完成。
通过一年的实验、研究，我在创新能力、动手能力、组织能力以及专业知识等方面都有不同程度的收获。
首先，我们了解到MOF 由于具有特定的孔道，可以容纳气体分子；而且作为桥连构成框架的有机配体可以与气体分子之间存在范德华力等作用，可以充分地增大对气体的吸附。这使得 MOF 最先作为应用材料而受到重视。但是目前，绝大多数 MOF 研究工作都集中在材料对气体的吸附，都在关注合成MOF的气体吸附性能。在吸附脱除液体中有机物的研究却很少，作为一种新型多孔材料,金属-有机框架配合物具有传统无机多孔材料不可比拟的优良特性,通过改变有机配体可以调控三维网络中的孔径尺寸和孔道中的性质和配体基团的亲水疏水性及表面电荷的静电作用,可以实现对特定有机物的选择性吸附分离，从而实现选择性地吸附脱除液体中典型污染物或关键有机物的目的，具有广阔的应用前景。
其次，这一年的研究、实验过程为我们今后的进一步学习深造打下了基础。这次为期一年的创新实验，给我们提供了一个创新思维、思考问题、解决问题的机会。对一项新型材料的研究，需要的不仅是实验、尝试，更需要创新，把新的思路、方法转化成具体的实验。对于实验中碰到的问题，我们通过不断尝试、改进，寻找解决问题的方法，很好的锻炼了我们的自主创新和实践能力。
参与这次的创新项目，通过亲身参与、实践，使我的组织能力、合作能力与沟通能力也得到了锻炼。在大家的共同努力下，我们的项目才得以顺利进行。团队合作沟通必不可少，出了每周的例行讨论外我们亦会在课余时间不断交流，随时把自己的想法与其他成员分享，大家有什么创新想法我们都会讨论并尝试，希望能从中找到新的思路。我们通过不断地磨合，由一开始的大家手忙脚乱，到后来逐渐适应，按部就班分工合作，工作效率明显提高。
一个项目从最初的想法到具体实施，需要经过大量的设计、改进、实验，我们最初的感觉是无从下手，刘雪霆老师在实验的设计、具体的操作上给我们提供了大量宝贵的经验和意见，他之前的研究成果也给了我们很大的启发。我们的项目工作量大，时间紧，一部分实验与何琴琴学姐研究的项目相近，由我们与何琴琴学姐共同完成，她在实验操作、数据分析上教会了我们很多东西。在这里再次对刘雪霆老师和何琴琴学姐给我们提供的指导和帮助表示感谢。
