[发明专利]一种MOFs双配体吸附材料Fe-btc(dobdc)及其制备方法

说明书

本发明属于吸附材料技术领域，公开了一种MOFs双配体吸附材料Fe‑btc(dobdc)及其制备方法。所述方法为：将还原铁粉、均三苯甲酸，2,5‑二羟基对苯二甲酸与水搅拌混合均匀，然后加入氟化氢溶液和硝酸溶液，加热至150～180℃反应8～16h，再加入N,N‑二甲基甲酰胺洗涤过滤，固体干燥后依次用乙醇浸泡处理、干燥；氟化铵水溶液浸泡处理、干燥；水浸泡处理、干燥；乙醇浸泡处理、干燥，得到橙黄色固体材料；最后将固体材料进行真空活化得到产物。本发明所得Fe‑btc(dobdc)相对于现有的MIL‑100(Fe)而言，提高了其对CO₂的吸附能力。

技术领域

本发明属于吸附材料技术领域，具体涉及一种MOFs双配体吸附材料Fe-btc(dobdc)及其制备方法。

背景技术

随着工业化进程的不断加快，化石能源的大量消耗，导致大气中CO₂含量急剧上升，并由此导致了全球气候变暖、冰川融化、海水酸化等一系列的环境问题，已引起国际社会的极大关注，并形成了控制和减少CO₂排放的共识。因此，对CO₂进行捕获和封存成为目前一大科研热点。近年来，一类新兴多孔MOFs材料由于其超高比表面积和孔容，孔隙结构和表面性能可调，开阔的孔结构，不饱和的配位金属位点，均一的孔径分布，含大量芳环结构，可构成了巨大的π电子共轭环境，有很强的给电子能力等优点使得其在气体吸附分离领域具有非常广阔的的应用前景，引起了科学家们极大的研究兴趣。Millward et al.(A.R.Millward,O.M.Yaghi,Metal-organic frameworks with exceptionally highcapacity for storage of carbon dioxide at room temperature,J Am Chem Soc 127(2005)17998-17999.)报道了MOF-177在298K和35bar时对CO₂的吸附容量高达33.5mmol/g；Yang et al.(D.A.Yang,H.Y.Cho,J.Kim,S.T.Yang,W.S.Ahn,CO2capture and conversionusing Mg-MOF-74prepared by a sonochemical method,Energ Environ Sci 5(2012)6465-6473.)报道了Mg-MOF-74在308K和1bar时对CO₂的吸附容量高达9mmol/g，是目前公认的在低压下吸附CO₂性能最好的MOF材料；在实际应用过程中，水蒸汽无处不在，MOF-177和Mg-MOF-74其水稳定性都比较差，一旦与水汽接触，其结构很快坍塌，几乎无实际应用价值。MIL-101(Cr)和MIL-100(Fe)是目前少数具有优异的水热稳定性和化学稳定性的MOFs材料，并且在常温常压条件下对CO₂和VOCs都具有很好的吸附性能。尤其是MIL-100(Fe)(也称之为Fe-(BTC))，由于其孔径略小于MIL-101(Cr)，因此对低浓度的VOCs以及CO₂(F.Xu,S.K.Xian,Q.B.Xia,Y.W.Li,Z.Li,Effect of Textural Properties on the Adsorptionand Desorption of Toluene on the Metal-Organic Frameworks HKUST-1and MIL-101,Adsorpt Sci Technol 31(2013)325-339.S.K.Xian,J.J.Peng,Z.J.Zhang,Q.B.Xia,H.H.Wang,Z.Li,Highly enhanced and weakened adsorption properties of two MOFsby water vapor for separation of CO₂/CH₄and CO₂/N₂binary mixtures,Chem Eng J270(2015)385-392.)都具有更好的吸附性能。更重要的是，MIL-100(Fe)的中心金属离子为Fe，被视为一种比较环保的功能吸附材料。尽管如此，人们还是试图通过改性，进一步提高此类环保型材料的吸附性能，例如Bandosz et al.(C.Petit,T.J.Bandosz,Synthesis,Characterization,and Ammonia Adsorption Properties of Mesoporous Metal-Organic Framework(MIL(Fe))-Graphite Oxide Composites:Exploring the Limits ofMaterials Fabrication,Adv Funct Mater 21(2011)2108-2117.)尝试把氧化石墨GO与MIL-100(Fe)复合，制备MIL-100(Fe)@GO材料，但未能成功。作者分析原因是MIL-100(Fe)的八面体笼状结构接近球形，使得GO与其表面呈不同角度交叉，不利于金属位点与含氧官能团结合。因此本项目将发明一种新的制备方法，制备一种新型的Fe-btc(dobdc)材料，以进一步提高材料的吸附性能。