[发明专利]一种用于吸附分离的海绵复合金属有机骨架材料

说明书

本发明的一种用于吸附分离的海绵复合金属有机骨架材料，属于材料技术领域。本发明通过两步原位生长的方法将金属有机骨架材料(MOFs)负载于海绵载体内部孔道之中；合成MOFs的有机配体为吡嗪、均苯三甲酸、对苯二甲酸、2,5—二羟基对苯二甲酸，金属盐为氟硅酸铜、硝酸镁、氯化锆、硝酸铜、硝酸铬、硝酸铁、硝酸铝及它们的水合物。本发明的制备方法实现了MOFs在海绵载体内部孔道的大量负载，MOFs负载率高，且负载稳定，解决了MOFs粉体易碎、易流失的缺点。经穿透实验测试证明，本发明的材料具有吸附CO₂容量大，吸附分离选择性高、吸附分离性能稳定等特点。

技术领域

本发明涉及一种用于吸附分离的海绵复合金属有机骨架材料，属于材料技术领域。

背景技术

作为一种具有丰富比表面积、规则孔道、可调窗口尺寸、大量活性位点多孔材料，金属有机骨架(MOFs)具有十分广阔的吸附分离应用前景。但其晶体尺寸为微米级别，呈粉体状态。这种粉体易流失导致管道堵塞，易团聚影响吸附过程中的传质。阻碍了MOFs的实际应用。为了将MOFs材料应用在固定床吸附分离过程中，实现密闭空间、工业生产中的CO₂气体捕集，发明此种复合材料和制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决MOFs粉体易流失、易团聚阻碍实际工业化应用的问题。本发明提出一种用于吸附分离的海绵复合金属有机骨架的材料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种用于吸附分离的海绵复合金属有机骨架材料，其具体制备方法如下：

第一步，将金属盐溶于溶剂1得到溶液1，溶液1中金属盐与溶剂1的质量比为(1:38)～(2:15)；将有机配体溶于溶剂2得到溶液2，溶液2中有机配体与溶剂2的质量比为1:40～1:8；

第二步，将海绵浸渍在聚乙烯醇(PVA)、90％乙醇的水溶液按照质量比1:(1000～2000)的比例混合的预处理液中2～3h，在300～343K温度下干燥得到海绵载体；

第三步，将海绵载体倒入溶液1浸泡，接着在300～343K温度下干燥2～3h，然后将浸泡、干燥后的海绵载体倒入溶液2浸泡，在293～313K温度条件下原位生长反应6～36h，再在300～343K温度下干燥2～3小时，得到一次负载体；海绵载体与溶液1质量比1:(20～60)；海绵载体与溶液2的质量比1:(24～66)；

第四步，将一次负载体重复进行第三步倒入溶液1、溶液2的浸泡和干燥操作，得到二次负载体，所得二次负载体用溶剂3洗涤三次后，在398～373K温度下干燥2～3h，得到海绵复合金属有机骨架材料。

所述溶剂1、2均为：用于合成金属有机骨架材料(MOFs)的溶剂，包括N,N-二甲基甲酰胺、甲醇、乙醇、丙酮、二甲基亚砜、水及这些物质的混合液。所述溶剂3为：用于溶剂置换、活化MOFs所适宜的溶剂，包括甲醇、乙醇、丙酮、二甲基亚砜、水等。

所述的金属盐为氟硅酸铜、硝酸镁、氯化锆、硝酸铜、硝酸铬、硝酸铁、硝酸铝及它们的水合物。

所述的有机配体为吡嗪、均苯三甲酸、对苯二甲酸、2,5—二羟基对苯二甲酸。

所述的海绵为三聚氰胺泡绵、聚氨酯海绵、乙丙橡胶海绵、丁苯橡胶海绵、丁腈橡胶海绵、氯丁橡胶海绵。

有益效果