[发明专利]一种羧基化介孔聚合物限域铝基金属有机框架复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于物理化学领域，具体涉及一种羧基化介孔聚合物限域铝基金属有机框架复合材料及其制备方法和应用。复合材料是以羧基化介孔聚合物为载体，以聚合物孔道内的羧基作为铝基金属有机框架(CAU‑1)的成核点，使CAU‑1原位在羧基化介孔聚合物的孔道内生长，从而对CAU‑1进行有效限域。本发明的复合材料对CO₂的吸附容量大幅提高。

技术领域

本发明属于物理化学领域，具体涉及一种羧基化介孔聚合物限域铝基金属有机框架复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球经济发展及化石能源的大量使用，CO₂排放量日益增加，使温室效应和全球变暖成为了全球的热点问题。CO₂捕集与封存技术(CCS)被认为是短期之内应对全球气候变化最重要的技术。CCS技术包括捕集、运输和封存三个环节，其中CO₂捕集是CCS技术的瓶颈。目前变压吸附法被作为高效的CO₂捕集技术在工业中广泛应用。而高效的吸附分离材料是变压吸附法的核心，开发高效的CO₂捕获用吸附分离材料具有十分重要的意义和广阔的应用前景。

金属有机框架材料(MOFs)是指以金属离子为节点，以有机配体为联结体，通过自组装过程形成的具有周期性网络结构的多孔金属有机晶体材料，在催化、吸附、分离、磁性、光学、传感、离子交换、分子识别和生物学等领域表现出广泛的应用前景。具有高的比表面积、高的CO₂吸附分离性能和再生能力、孔道结构的可设计和调控性，被认为是最具潜力的CO₂吸附分离材料之一。其中MOF-177的BET比表面积为4500m²/g，在298K&35bar条件下的CO₂吸附量为320cm³(STP)/cm³(62.8wt％)，是相同压力下压力瓶的9倍；MOF-210的BET比表面积高达6240m²/g，在298K&50bar条件下CO₂的吸附量高达74.2wt％。

绝大多数MOFs水热稳定性较差，且其孔径及窗口较小影响客体分子的扩散过程。研究表明限域MOFs复合材料可提高MOFs的水热稳定性和吸附分离性能。目前已经进行了少量纳米限域MOFs复合材料的研究，涉及的载体材料有：SBA-15、MCM-41、活性炭和碳纳米管等。但是这些载体与MOFs之间的界面相容性较差，影响协同效应的发挥。为了改善MOFs复合材料的界面相容性，碳纳米管、活性炭等多孔碳材料需要通过复杂步骤进行功能化修饰，不利于大规模合成；SBA-15表面的-OH与MOFs作用力较弱。设计合适的载体，提高MOFs与载体之间的界面相容性，是限域MOFs复合材料制备的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种羧基化介孔聚合物限域铝基金属有机框架复合材料及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种羧基化介孔聚合物限域铝基金属有机框架复合材料，复合材料是以 羧基化介孔聚合物为载体，以聚合物孔道内的羧基作为铝基金属有机框架(CAU-1)的成核点，使CAU-1原位在羧基化介孔聚合物的孔道内生长，从而对CAU-1进行有效限域。

所述CAU-1是由金属离子Al³⁺与有机配体2-氨基对苯二甲酸通过自组装形成的三维多孔晶体；所述羧基化介孔聚合物为羧基化酚醛树脂，孔径为9-12nm。