[发明专利]柔性金属有机框架材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了柔性金属有机框架材料的制备方法，包括：(1)将N,N‑二甲基甲酰胺、乙醇、水混合形成混合液，并在其中加入氟硼酸形成混合溶剂；(2)将六水合硝酸钴、4,4’‑联吡啶、4‑(1H‑四唑‑5‑基)苯甲酸加入混合溶剂中，搅拌形成混合物；(3)将混合物置于高压反应釜中，密闭加热，然后冷却到室温得到反应液；(4)过滤反应液得到滤体，并用乙醇对滤体进行洗涤得到粉红色棒状晶体(5)对粉红色棒状晶体进行活化即得到柔性金属有机框架材料。柔性金属有机框架材料用于对CO₂和CH₄的吸附分离。本发明公开的柔性金属有机框架材料及其制备方法与应用具有制备工艺简便、反应条件温和、原料易得、吸附选择性好等优点。

技术领域

本发明属于无机材料化学科学领域，特别涉及柔性金属有机框架材料及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，工业的迅速发展导致大气中CO₂的含量越来越高，并带来严重的温室效应，因此选择性地分离捕获CO₂成为许多技术领域关注的焦点。

天然气和填埋气是重要的工业和生活化石能源，它们除了含有有效成分CH₄外，还分别含有大约5％-10％的CO₂，它们的存在会降低燃料的效率，因此通过脱除CO₂从而达到燃料纯化的目的具有重要的实际意义。

目前分离捕获CO₂的方法主要包括有机胺吸收法和活性炭材料吸附法，它们分别基于化学吸附和物理吸附作用原理。但是这两种方法所采用的材料分别面临着胺污染、能耗高和分离选择性低等问题。相比之下，金属有机框架作为一种新型的多孔材料在CO₂分离捕获方面具有突出的优势和更加广阔的应用前景。

金属有机框架是一种具有周期性网络结构的新型多孔材料，由于它的结构可调控性和可修饰性，在CO₂吸附分离方面具有重要的用途。在CO₂吸附材料研究方面，柔性金属有机框架揭示了在温度和压力影响下依赖于客体吸附和解吸的可逆结构变化，引起化学家极大的兴趣。柔性金属有机框架中的孔道可根据气体类型关闭或打开，例如吸收CO₂而对其它气体关闭，从而实现对CO₂的选择性吸附分离。然而已经报道的能够吸收CO₂的柔性金属有机框架材料面临着结构不稳定、合成步骤复杂以及对CO₂的吸附选择性低的问题。因此制备稳定性好、合成步骤简便以及吸附选择性高的柔性金属有机框架吸附材料具有重要意义。

发明内容

发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明的第一个目的在于公开柔性金属有机框架材料。本发明的第二个目的在于公开柔性金属有机框架材料的制备方法。本发明的第三个目的在于公开柔性金属有机框架材料的应用。

技术方案：柔性金属有机框架材料，其化学式为[Co₃(tzba)₂(bpy)₃(F)₂]·DMF·C₂H₅OH·2H₂O,式中：

tzba为4-(1H-四唑-5-基)苯甲酸负二价阴离子配体；

bpy为4,4’-联吡啶，DMF为N,N-二甲基甲酰胺；其中：

tzba和bpy的结构式如下：

柔性金属有机框架材料中含有钴-四氮唑-氟三核簇构筑单元，并且通过tzba的配位延伸形成层状结构，相邻的层之间由bpy连接形成一个二重穿插的三维框架。

柔性金属有机框架材料的制备方法，包括：