[发明专利]一种咪唑沸石框架纳米复合材料、制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种咪唑沸石框架纳米复合材料、制备方法及其应用，它包括中空碳纳米球以及形成在所述中空碳纳米球内的沸石咪唑酯骨架结构材料，所述沸石咪唑酯骨架结构材料的金属中心为Co²⁺且交联配体为烷基咪唑。通过在中空碳纳米球内填充金属中心为Co²⁺且交联配体为烷基咪唑的沸石咪唑酯骨架结构材料，不仅具有优异的重量轻，机械性能，热力学稳定性和耐腐蚀的优点，还表现出微孔特性的优点，适用于在二氧化碳捕获中的大规模应用。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种咪唑沸石框架纳米复合材料、制备方法及其应用。

背景技术

随着人类社会的不断发展，由二氧化碳过度排放引起的温室效应对全球气候造成了极大地破坏。二氧化碳浓度的上升提高了全球的平均气温，导致南北极冰川融化，海平面不断上升，严重危害沿海国家和部分野生动物的栖息。另外，二氧化碳浓度的增加会导致地球表面的温度越来越高，增加了全球极端气候现象发生的几率。因此，降低大气中二氧化碳的浓度已经成为一项迫不及待的任务。

为了抑制大气中二氧化碳的浓度，选择多孔材料吸附二氧化碳无疑是其中一种解决方案。咪唑沸石框架材料因具有超大比表面积和孔体积而倍受关注；而且咪唑沸石框架材料本身制备简单，价格便宜，能吸附自身质量几倍的二氧化碳。为了最大限度地发挥高孔隙率咪唑沸石框架材料的优势，这种材料不断被纳米化、复合化以求达到最优性能。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种咪唑沸石框架纳米复合材料。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种咪唑沸石框架纳米复合材料，它包括中空碳纳米球以及形成在所述中空碳纳米球内的沸石咪唑酯骨架结构材料，所述沸石咪唑酯骨架结构材料的金属中心为Co²⁺且交联配体为烷基咪唑。

优化地，所述中空碳纳米球为介孔纳米球，其碳壳厚度为10～50nm。

优化地，所述中空碳纳米球的尺寸为100～500nm。

优化地，所述沸石咪唑酯骨架结构材料的质量含量为40～60％。

本发明的又一目的在于提供一种上述咪唑沸石框架纳米复合材料的制备方法，它包括以下步骤：

(a)采用模板法制得中空碳纳米球；

(b)使熔融的烷基咪唑渗入所述中空碳纳米球内，随后使烷基咪唑与钴盐反应形成沸石咪唑酯骨架结构材料。

优化地，步骤(a)具体为：将聚苯乙烯纳米球母液、吡咯单体分散到去离子水中，滴加过硫酸铵溶液进行反应；过滤、干燥得聚吡咯包覆聚苯乙烯纳米球；将所述聚吡咯包覆聚苯乙烯纳米球在氮气气氛中碳化，收集得中空碳纳米球。

本发明的再一目的在于提供一种上述咪唑沸石框架纳米复合材料的应用，它用于吸附二氧化碳。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明咪唑沸石框架纳米复合材料，通过在中空碳纳米球内填充金属中心为Co²⁺且交联配体为烷基咪唑的沸石咪唑酯骨架结构材料，不仅具有优异的重量轻，机械性能，热力学稳定性和耐腐蚀的优点，还表现出微孔特性的优点，适用于在二氧化碳捕获中的大规模应用。

附图说明

图1为本发明咪唑沸石框架纳米复合材料的制备示意图：(a)咪唑沸石框架纳米复合材料的制备流程图，(b，c)聚苯乙烯纳米球的透射电镜图，(d，e)聚吡咯包覆聚苯乙烯纳米球的透射电镜图，(f，g)中空碳纳米球，(h，i)负载2-甲基咪唑的中空碳纳米球的透射电镜图，(j，k)咪唑沸石框架纳米复合材料的透射电镜图；

图2为实施例1中制得的中空碳纳米球结构表征图：(a)X-射线衍射图谱，(b)拉曼光谱，(c)X-射线光电子能谱，(d)透射电子显微镜图；