[发明专利]一种铜金属有机框架材料及其制备方法、气体捕获方法、气体分离方法

说明书

本发明提出了一种铜金属有机框架材料，其分子式为{[Cu₂(P)·(H₂O)₂]·2H₂O·3DMF·(CH₃)₂NH₂]}_n，式中P为一负五价阴离子配体，所述金属有机框架材料属于三方晶系，空间群为R‑3m，具有一个(4，4)‑连接的NbO构型拓扑结构，晶胞参数为α/deg＝90.0，β/deg＝90.0，γ/deg＝120.0，本发明以铜金属有机框架材料为吸附剂，金属有机框架材料稳定性好，对二氧化碳进行捕获以及对二氧化碳和甲烷混合气体进行选择性吸附，吸附选择性高。

技术领域

本发明涉及材料领域，特别涉及一种铜金属有机框架材料，还涉及一种铜金属有机框架材料制备方法，还涉及一种CO₂气体捕获方法，还涉及一种CO₂气体和CH₄气体分离方法。

背景技术

随着全球经济和技术的发展，人类对化石燃料、石油、煤炭等的需求量持续增高，而在当前以及今后一段时间化石燃料依然占据主导地位。燃烧导致CO₂的大量排放，从而对环境造成严重的污染。CO₂作为温室气体的重要组成部分，其大量排放引发的诸多环境问题也会导致地球生态遭到很大程度的破坏。因此，如何从工业混合气中有效脱除CO₂是近年来科学界和工业界共同关注的焦点。

一方面，采取低耗、高效的方法进行CO₂的吸附将是缓解环境和经济矛盾的关键。另一方面，天然气具有热值高、资源丰富和环境友好等优点，被认为是良好的可替代能源。天然气的主要成分是甲烷，但在天然气的开采和运输过程中，除主要成分以外常常会混有CO₂等杂质气体，如果不能有效脱除CO₂，将会影响天然气的品质，降低热值，同时造成管道腐蚀，产生安全隐患。有效的吸附分离CO₂和CH₄气体既能缓解环境污染，也能够提高天然气的品质。因此，CO₂的吸附分离具有重要的环境和工业意义。传统的沸石、分子筛、碳材料等多孔吸附材料对CO₂的吸附量低，选择性较差。

近年来，金属有机框架材料(MOFs)因其具有较高的比表面积和可调节的孔道结构及孔道表面化学性质等，成为材料领域发展最为迅速的一种新型多孔材料。与传统材料相比，MOFs材料表现出选择性好、吸附容量大以及稳定性强等优异性能，在气体吸附分离领域显示出巨大的潜力。例如，金属有机框架材料可通过调节配体的尺寸，构筑大比表面积的材料以增强吸附容量；构筑具有合适孔径的MOF材料，利用不同气体分子的动力学半径可以有差异地实现分子之间的分离。通过功能改性改变孔道表面化学环境和生成不饱和位点等，使孔道表面对气体分子的作用力不同，提高骨架对气体的识别能力。

目前，利用金属有机框架材料吸附分离气体分子的技术方案，较少同时具有高的CO₂吸附量和CO₂/CH₄分离性。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明提出了一种铜金属有机框架材料及其制备方法、气体捕获方法、气体分离方法，制得的金属有机框架材料能有效的运用于CO₂的高效吸附与CO₂/CH₄的选择性吸附。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的第一方面，提出了一种铜金属有机框架材料。