[发明专利]一种金属有机骨架-氧化石墨烯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及水蒸汽吸附材料，特别涉及一种金属有机骨架-氧化石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

空气湿度对工业生产过程、产品质量控制、食品安全以及人体舒适度都有重要影响。在工业生产过程中，若空气湿度过高，将影响某些反应产物的合成过程及收率；在产品质量控制中，若忽视了空气湿度的影响，将会严重影响产品品质；在餐饮服务行业，若未能有效控制食物存放环境湿度，将会造导致食物发霉变质；在工作或家居环境，若未能营造一个舒适干爽的环境，将降低工人工作效率并影响人体健康。所以，开发出高效的空气除湿技术，对生产和生活均有重要意义。

目前，常见的空气除湿技术主要有冷凝、热泵、吸收、吸附、膜除湿等技术，而湿度控制方法又可分为机械性湿度控制方法和非机械性湿度控制方法。传统的冷凝除湿技术作为一种机械性除湿技术，在其自身不断发展完善的同时也暴露出两大缺点，既能耗大、制冷工质可能破坏臭氧层。膜除湿技术日益受到关注的同时，除湿膜的机械性能和连续工作时间也有待提高，以进一步降低膜除湿的成本。吸附除湿系统可以有效降低空调系统能耗，且与吸收式除湿相比吸附剂易再生，是极具吸引力的非机械式湿度控制方法。

吸附除湿常用的吸附剂主要有氯化锂、硅胶、氧化铝和沸石等，但是这些传统的吸附材料在实际应用中往往有其不足。例如氯化锂的水吸附热很大，且具有腐蚀性，这就影响其制冷效果并增加了其设备成本要求；分子筛水蒸气吸附容量很小，而氧化铝除湿能力仅有硅胶的50%；硅胶在大量吸水之后，颗粒容易破裂，且在中等湿度范围对水蒸气的吸附容量偏小（要引用李鑫的博士学位论文），即使是一些改性的活性炭材料，由于受其孔容的限制，在100%相对湿度条件下，其对水蒸气的吸附容量也不超过0.80g/g^[1]。针对这些存在问题，研究开发出高水蒸汽吸附容量的新型吸附材料是非常必要的。

近年来，金属-有机骨架（Metal-Organic Frameworks，MOFs）材料因具有高比表面积和高孔容，孔径可调、表面易修饰等特性在气体吸附分离等领域展现出很好的潜在应用前景。其中，有法国学者最先合成出的MIL-101材料是一种水热稳定性很好的MOFs材料，也是迄今为止比表面积和孔容最大的固体多孔材料之一。尽管此MIL-101对水蒸气的吸附容量很大，但仍达不到它的最大孔容，仍有很大的发展空间。主要原因是：虽然这类材料的比表面积很大，但其原子密度小。

近年来，石墨烯（Gr）及其衍生材料的发展引起了科学界的极大关注。石墨烯是由单层碳原子以sp²杂化轨道组成的二维薄膜，这是目前世界上最薄也最坚硬的纳米材料，其致密的碳原子表面可以提供足够强大的色散作用以吸附小分子客体。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种金属有机骨架-氧化石墨烯复合材料的制备方法，制备得到的金属有机骨架-氧化石墨烯复合材料比表面大，具有发达的微孔孔隙，具有很高的水蒸汽吸附容量。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种金属有机骨架-氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备固体粉末状的氧化石墨（GO）；

（2）将固体粉末状的氧化石墨在惰性气体氛围中进行高温还原，得到氧化石墨烯粉末（GrO）；

（3）将步骤（2）得到的氧化石墨烯粉末分散在水中并进行超声处理，然后加入Cr(NO₃)₃·9H₂O、H₂BDC和HF，并在210～230℃下反应7～9小时，得到粗制金属有机骨架-氧化石墨烯复合材料（GrO@MIL-101）；其中，所述氧化石墨烯粉末与Cr(NO₃)₃·9H₂O的质量比为1:5～1:200；Cr(NO₃)₃·9H₂O：H₂BDC：HF：H₂O的摩尔比为1：1：1：278；

（4）将步骤（3）得到的粗制金属有机骨架-氧化石墨烯复合材料先后使用乙醇和氟化铵溶液浸泡清洗，最后得到纯化的金属有机骨架-氧化石墨烯复合材料。

步骤（1）所述制备固体粉末状的氧化石墨，具体为：