[发明专利]金属有机框架化合物MFM-520对空气中酸性气体污染物吸附、分离和转化中的应用

说明书

本发明的公开了一种金属有机框架化合物MFM‑520的新用途。该用途是其在吸附分离空气中酸性气体污染物中的应用；或在吸附分离、转化空气中酸性气体污染物中的应用。所述空气中酸性气体污染物可选自下述至少一种：二氧化氮、二氧化硫和二氧化碳。试验表明，所述金属有机框架化合物MFM‑520在常压及低压(10ppm‑1.0的大气压)下对空气中酸性气体污染物(尤其是二氧化氮、二氧化硫和二氧化碳)具有良好的吸附选择性，可用于气体吸附、分离和转化。

技术领域

本发明属于无机-有机杂化材料技术利用领域，具体涉及一种金属有机框架化合物（MFM-520）对空气中酸性气体污染物吸附、分离和转化中的应用。

背景技术

空气污染是当今全世界面临的主要问题之一。世界卫生组织（WHO）2016年统计表明，大气污染直接造成大约全世界人口死亡的八分之一，每年有大约7百万人的死亡是由直接或间接空气污染造成的(http://www.who.int/mediacentre/news/releases/2014/air-pollution/en/April 2016)。二氧化氮和二氧化硫是大气污染物中的酸性气体，主要由石油，煤，柴油，生物质等燃料的使用造成的。这些气体在人口，车辆密集的大型城市和重工业地区浓度非常高，对相关人群健康造成的危害尤其严重。二氧化氮和二氧化硫的生物病理毒性非常高，是造成众多呼吸系统疾病的元凶。近年来，发展探索能高效捕捉二氧化氮和二氧化硫的材料成为高新科技，材料领域的研究热点之一。然而，这是科学家们面临的重大挑战，因为二氧化氮和二氧化硫的腐蚀性，化学活性很高，短时间接触，它们就可以造成很多材料的分解，失效和系统腐蚀。

目前最为常用的吸附材料以多孔活性炭材料和分子筛为主，然而活性炭对于空气中低浓度的酸性气体污染物（二氧化氮和二氧化硫）的选择性吸附能力较弱，分子筛材料总体吸附量较低，并且和高浓度二氧化氮和二氧化硫接触，活性炭和分子筛材料极其容易被氧化分解，从而失效。

目前，消除氮氧化物的主要方法是通过选择性催化转化法，以氨气为还原剂，贵金属以及过渡金属氧化物为催化剂，在高温条件下进行的。选择性催化转化法并不能清除全部的氮氧化物，从处理过的尾气中排放出来的氮氧化物的浓度仍然可以达到1000-2000ppm之间，从而对环境和人类健康都造成一系列的负面影响。

金属有机框架（metal-organic framework, 缩写MOF）材料是一类由金属离子或金属簇单元与有机配体构建形成的新型多孔功能材料。MOF类材料拥有超大表面积和多孔性质，高度结晶性，孔道内部有排列规则的，密集的吸附活性位点，使得其在气体吸附方面有很多优越的性质。目前，MOF类材料在甲烷，二氧化碳，氮气，氢气，小分子碳氢化合物的吸附性质被广泛研究，关注。然而，能够高效稳定吸附二氧化氮和二氧化硫的MOF材料还非常罕见，尤其是前者。绝大多数MOF化合物对于二氧化氮和二氧化硫没有足够的稳定性。因此需要研制一种具有极高结构稳定性和对污染物有很高选择性的金属有机框架化合物，并将其应用于空气中酸性气体污染物吸附、分离和转化中的应用。

2018年，发明人所在的研究团队发表了世界第一例能够高效，循环稳定吸附二氧化氮的MOF材料[命名为MFM-300(Al)，Nature Materials, 2018, 17, 691-696]，很大程度上促进了相关研究的进程。然而，虽然MFM-300(Al)材料在室温，一个大气压下展示了很高的二氧化氮的吸附量（14.1 毫摩尔/克），这个材料在低压区的吸附量不尽理想，比如MFM-300(Al)材料在室温，二氧化氮的分压为0.01大气压时的吸附量为1.4 毫摩尔/克, 在二氧化氮的分压为0.001大气压时吸附量仅为0.1 毫摩尔/克，这在一定程度上限制了其应用。

发明内容

本发明的目的是提供金属有机框架化合物MFM-520的新用途。

本发明所提供的金属有机框架化合物MFM-520的新用途是其在吸附分离空气中酸性气体污染物中的应用；或在吸附分离、转化空气中酸性气体污染物中的应用。