[发明专利]一种富氮ZMOF类型金属有机骨架多孔材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属有机骨架材料设计合成和CO₂捕获技术领域。尤其是涉及一种新型富氮ZMOF类型金属有机骨架多孔材料的制备以及在CO₂捕获、分离领域中的用途，特别适用于发电厂，化肥厂以及其它工业等气体中CO₂的捕获、分离。

背景技术

随着工业的迅猛发展，CO₂的排放日益增多，世界每年向大气中排放CO₂量达到1.85×10¹⁰吨，并以每年4%的速度递增，对全球气候及生态平衡造成了很大的负效应，导致了严重的环境和生态问题，将威胁人类的生存。同时，CO₂是一种重要的碳资源，为了改善人类的生存环境，大力开展CO₂资源的综合开发利用显得十分重要。其中，高效CO₂捕获是其开发利用的关键技术之一，也是全球CO₂减排，转化及利用面临的挑战。

金属有机骨架多孔材料（Metal-Organic Frameworks,MOF）具有很大的比表面积，以及永久的多孔性，它可广泛应用于催化、吸附和分离等领域，对CO₂具有一定的选择吸附性能，能够实现对CO₂气体的捕获分离，但是，其吸附量和选择性仍然较低，另外，其化学稳定性较差，尤其是对水敏感，空气中暴露就可能导致结构破坏，这些因素导致金属有机骨架多孔材料在高效捕获、分离CO₂气体的应用中受限。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述现有技术的不足，提供一种高效稳定的新型富氮ZMOF（Zeolite-like Metal-Organic Frameworks,ZMOF）类型金属有机骨架多孔材料的制备方法，该材料能够选择性的吸附CO₂，而对氮气(N₂)以及甲烷（CH₄）等气体的吸附量很小，从而能够达到高效捕获、分离CO₂气体的目的。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种新型富氮ZMOF类型金属有机骨架多孔材料的制备方法，采用富氮唑类化合物作为反应用配体，与含有Zn²⁺的可溶锌盐在有机溶剂中发生溶剂热反应，得到富氮ZMOF类型金属有机骨架多孔材料，然后洗涤、抽真空以及高温活化，使有机溶剂从该富氮ZMOF类型金属有机骨架多孔材料中脱除。

所述的富氮唑类化合物包括但不限于CH₃N₅、CH₃N₅的水合物（如CH₃N₅·4H₂O）或者CH₃N₅的金属盐类化合物。

所述的含有Zn²⁺的可溶锌盐包括但不限于硝酸锌水合物（如六水合硝酸锌（Zn(NO₃)₂·6H₂O））、醋酸锌水合物以及硫酸锌水合物等。

所述的有机溶剂包括但不限于N,N二甲基甲酰胺与甲醇、乙醇、三氯甲烷中的至少一种混合形成的混合溶剂。

作为优选，所述的反应温度为90～120℃，反应时间为48～96小时。

实验证实，本发明制备得到的富氮ZMOF类型金属有机骨架多孔材料具有规则的晶体结构与均匀的孔径分布；克服了传统金属有机骨架多孔材料对水敏感的缺点，具有较好的物理化学稳定性；气体吸附实验表明该材料对CO₂气体的吸附量远大于相同条件下对甲烷、氮气的吸附量，而且对CO₂在零吸附时表现出很大的吸附焓（约44.3KJmol^-1），这可能与有机配体中的氮原子或配体中的功能基团（-NH₂）与CO₂分子间较强的相互作用有关。因此，本发明制备的富氮ZMOF类型金属有机骨架多孔材料在CO₂捕获分离技术领域具有很好的应用前景，例如应用于发电厂，化肥厂以及其它工业等对气体中CO₂的捕获、分离。另外，还可以应用于有机分子的分离，色谱填充柱的填料，气体分离膜、液体分离膜及纳米复合薄膜等膜材料的制备等技术领域。

附图说明

图1是本发明实施例1制备富氮ZMOF类型金属有机骨架多孔材料的合成路线示意图；