[发明专利]一种基于金属有机框架材料的结构化吸附剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于金属有机框架材料的结构化吸附剂的制备方法。包括：（1）将MOF粉体与粘结助剂混合形成涂覆浆料，并负载于蜂窝载体表面；（2）低温烘干负载有涂覆浆料的蜂窝载体，得到基于金属有机框架材料的结构化吸附剂。本发明可将MOF粉体牢固涂覆于蜂窝载体表面，生产过程简单，适用MOF种类广，涂覆后得到的MOF涂层比表面积损失低。本发明开发的MOF基整体式吸附剂生产过程与工业蜂窝涂覆设备兼容，适合批量制备MOF材料的批量工业化成型。

技术领域

本发明属于结构化吸附剂合成技术领域，具体而言，涉及一种基于金属有机框架材料的结构化吸附剂的制备方法。

背景技术

借助MOF进行烃类和半永久性气体分离是近年的重点研究领域。通常，使用水热或沉淀法制备的MOF材料均以粉体形态存在，仅能在实验室内用作小量测试。应用于工业气体分离设备的吸附材料需要同时兼顾气体传质、阻力和吸附剂机械强度等因素，因此需要对吸附剂进行结构化处理并对其外形进行优化。颗粒型吸附剂加工简便，应用广泛。为了降低床层压降，所采用的颗粒直径通常大于3 mm，使得气体在颗粒内部出现传质困难等问题。另一方面，颗粒型吸附剂机械强度较低易于破碎，且其在高流速下对气流表现出较高的阻力，仅适用于需要小规模气体分离的场合。

将MOF粉体涂覆于蜂窝载体表面形成整体式吸附剂，可以在吸附床层内获得较好的流场结构，能满足高流速下使用的需要，同时吸附剂以薄层的形式存在，降低气体在吸附剂内扩散阻力，有利于待分离气体在吸附剂内快速传质。因此，整体式吸附剂在气体分离领域具有广阔的应用前景。

通过涂覆的方式，将MOF材料制备成适用于工业应用的整体式吸附剂，尚无现成的技术方案。其难点在于，现有工业上广泛使用负压涂覆+煅烧方式在蜂窝载体表面涂覆涂层，其涂覆在蜂窝结构表面的涂层需要经过500 ^oC以上煅烧后才能形成具有一定的机械强度。但是，由于MOF材料自身组成的特点（由有机骨架构成），在煅烧温度下有机骨架会被分解为二氧化碳，使MOF材料遭到破坏。为了避免该限制，目前大部分研究报道均采用直接在蜂窝载体表面原位生长的方式实现构建MOF涂层的目标。已经开发了几种原位生长的方法，例如液相外延，直接合成，原位结晶，晶种生长和电化学生长，可以在多类基板表面上涂覆和生长MOF层。然而，原位生长的方式制备MOF涂层需要消耗大量的有机试剂为晶体提供生长原料，生产过程需要保持严格的溶剂热等条件，因此制备周期长，生产效率低下，仅具有实验室研究的意义。如中国专利CN107887180A公开了一种在泡沫镍上原位生长Ni-MOF-74的方法。该专利方法的特征在于采用泡沫镍为载体，先制备泡沫镍集流体，之后采用水热法制备Ni-MOF-74涂层。同时，采用原位生长法制备涂层，对每一种MOF均需要特定的生产条件，生产方式基本没有通用性。

在本项专利申请中，我们提出一种简单的涂覆+低温烘干工艺，可以将MOF粉体在蜂窝载体表面制成牢固涂层。该方法生产效率高，可用于多类MOF的涂覆；制得的涂层机械强度高；生产过程无需高温煅烧，且与传统蜂窝载体涂覆设备兼容；涂层能保留MOF材料的高比表面特性，有利于工业化气体分离用途。

发明内容

本发明的目的在克服现有技术的不足，提供一种基于金属有机框架材料的结构化吸附剂的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于金属有机框架材料的结构化吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将MOF粉体与粘结助剂混合形成涂覆浆料，并负载于蜂窝载体表面；

（2）低温烘干负载有涂覆浆料的蜂窝载体，得到基于金属有机框架材料的结构化吸附剂。