[发明专利]一种憎水多孔材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于多孔材料制备技术领域，特别涉及一种憎水多孔材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着国民经济的逐步增长和人民生活水平的不断提高，人类在满足生存的基本需求之后，将更加关注节能、环境友好、安全，资源可再生利用等社会可持续和稳定发展等重大问题。在各种导致环境污染因素中，挥发性有机物VOCs（Volatile Organic Compounds）的污染已成为大气污染的一个重要源头。这些污染物广泛来源于涂料的制造与应用、家具生产和家用电器生产过程中的喷漆、彩印业、电子元件制造业、化学合成品生产以及大量的工业清洗等。VOCs是危害人体健康的重要污染物质，多数VOCs具有恶臭和毒性，长期接触VOCs会损害人体神经中枢和免疫系统，甚至有些VOCs具有强致癌性，给生命带来严重威胁。因此，治理挥发性有机污染物刻不容缓，对其治理方法进行研究具有重大的社会意义。

目前，对挥发性有机污染物进行治理的方法主要分为两类：一类是破坏性方法，如直接把VOCs转化成CO₂和H₂O的燃烧法。另外一类是非破坏性方法，即将VOCs净化并回收。非破坏性方法主要包括吸附法、吸收法、冷凝法，生物降解及膜分离法等。其中，吸附是对治理挥发性有机污染物最为有效的技术之一，而多孔吸附材料是吸附技术的核心。常用的吸附净化材料有活性炭、活性炭纤维、分子筛等，近年来，一种新型的金属—有机骨架材料（MOFs，Metal Organic Frameworks）的出现引起广泛的关注。它是由含氧或氮的有机配体与过渡金属连接而形成的网状骨架结构，它不仅具有巨大的比表面积、发达的孔隙率，而且还可以进行孔隙结构调控和表面性质修饰，使其在气体的吸附与分离领域潜在很好的应用前景，在环境保护方面，其对各种气体和有机蒸汽捕获方面的前景更是令人关注，吸引了许多研究人员开展MOFs材料吸附能源气体、CO₂以及有毒挥发性有机化合物（VOCs）等的基础和应用研究。

Yaghi研究小组合成的MOF-5材料，在295K条件下对一些VOCs的饱和吸附量分别为：1211mg/g（CH₂Cl₂）、1367mg/g（CHCl₃）、802mg/g（C₆H₆）、1472mg/g（CCl₄）和703mg/g（C₆H₁₂），这些VOCs吸附量是传统吸附材料（如活性炭、分子筛等）的4～10倍以上，表现出极其优异的VOCs吸附性能；随后，Mohamed等人采用Zn²⁺与带有憎水性基团（-C₂H₄）的多羧酸类有机配体（R₆-DBC）通过络合作用合成IRMOF-6，并在298K条件下测定其对CH₂Cl₂，CHCl₃、C₆H₆和CCl₄的吸附等温线，发现其对这四种VOCs的平衡吸附量要略高于MOF-5，而Ferey团队研制的MIL-101材料在303K对C₆H₆和C₆H₁₄的饱和吸附量分别为12mmol/g和17mmol/g左右，大大高于其它常规吸附剂（活性炭、分子筛）的吸附性能。

然而，目前已合成的许多MOFs材料，虽然其对VOCs的吸附容量很大，但相当部分材料的化学稳定性尤其是水热稳定性不好，有些MOFs材料暴露在潮湿空气中，其骨架结构容易发生改变或坍塌，如MOF-5和MOF-177材料。Li和Yang发现，MOF-177暴露在潮湿空气（RH～40%）中三天后，它的孔隙结构便会完全坍塌，比表面积从原有的5600m²/g下降为仅30m²/g；另一方面，一些对水热稳定性较好的MOFs材料，如HKUST-1，MIL-100和MIL-101材料等，虽然水的存在不会使它们的骨架坍塌或改变，但它们具有很强的吸湿性，在潮湿环境中，由于水蒸气的强竞争吸附会导致它们对其它吸附质吸附能力的急剧下降。在我国南方地区常年空气湿度较大（相对湿度常年保持在60～90%），水分子的存在势必会明显降低这类MOFs材料的应用价值。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种憎水多孔材料的制备方法。