[发明专利]高效负载MOFs的多孔陶瓷微珠复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及多孔材料领域。一种负载MOFs晶体的多孔陶瓷微珠复合材料的制备方法，首先制备多孔陶瓷微珠，（其较高比表面积的多孔结构不仅为后期MOFs晶体的负载提供充足的锚定位点，同时微球内的连通孔结构为反应物分子提供扩散传质的通道）；然后，将多孔陶瓷微珠载体上浸入反应液中，通过原位生长在陶瓷纤维、孔壁、载体表面负载的MOFs，形成具有多级孔结构的催化/吸附的复合材料。本发明制备的由多孔陶瓷微珠载体和不同的MOFs材料组成的多级孔结构催化/吸附剂可广泛应用于吸附、分离、提纯、催化等领域。

技术领域

本发明涉及多孔材料领域。

技术背景

金属-有机骨架（MOFs），是由有机配体和无机金属离子或者金属团簇通过自组装配位连接形成的一种具有周期性网络结构的晶态多孔材料，具有较高的表面积。由于MOFs材料诸多优异结构特点，比如：高度均匀的孔径分布，高度可调的孔径，和多种官能团位点，MOFs材料在吸附分离、气体存储、化学传感器、生物医学、催化等领域有着广泛的潜在应用前景。

尽管MOFs材料的应用前景丰富，但我们通常制备获得的多为结晶粉体，在工业应用中粉体颗粒不宜回收，重复利用率低，，因此将需要将MOFs材料结构化，使其具有较高体密度的同时，有充足的机械强度。目前MOFs结构化的方法主要有两种。一是，直接对MOFs粉体材料进行加工，例如压制、造粒、挤出、喷雾干燥等，获得球状、棒状、块状材料，从而使其具有一定的结构和强度。但也存在许多明显的问题，挤压成型工艺中施加压力会对造成晶体内部孔结构坍塌，从而降低MOFs材料高的表面积和孔隙率；另外，成型过程中，需要加入一定量的粘结剂，会堵塞孔结构，使得MOFs材料的催化及吸附效率降低二是，主要利用原位生长，层沉积和逐步液相外延生长，在载体制备MOFs薄膜或沉积MOFs晶体，使其结构化，但是，由于载体的比表面较低，能提供给MOFs的锚定位点较小，从而导致其负载量较低

综上所述，通过高效负载实现MOFs材料结构化的关键是，寻找一种具有较高比表面积可为MOFs原位合成提供较多锚定位点的载体。同时，载体具有一定的机械强度，因此本发明提出，以具有较高比表面积的多孔莫来石陶瓷微珠和氧化铝微珠为载体，通过原位合成在其表面负载MOFs，实现其结构化，对实现MOFs材料高效重复利用具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种高效负载MOFs的多孔陶瓷微珠复合材料的制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种负载MOFs晶体的多孔陶瓷微珠复合材料的制备方法，首先制备多孔陶瓷微珠，（其较高比表面积的多孔结构不仅为后期MOFs晶体的负载提供充足的锚定位点，同时微球内的连通孔结构为反应物分子提供扩散传质的通道）；然后，将多孔陶瓷微珠载体上浸入反应液中，通过原位生长在陶瓷纤维、孔壁、载体表面负载的MOFs，形成具有多级孔结构的催化/吸附的复合材料。

具体制备过程安如下步骤进行

步骤一、制备陶瓷前体粉末，陶瓷前体粉末为多孔莫来石陶瓷前体粉末或者多孔氧化铝陶瓷前体粉末：多孔莫来石陶瓷前体粉末以高岭土、铝矾土为原料，MoO₃为烧结助剂，湿混、氮烘干过筛获得；多孔氧化铝陶瓷前体粉末为α-Al₂O₃粉末湿混、氮烘干过筛获得；

步骤二、将步骤一制备的陶瓷前体粉末、聚丙烯酸、聚乙烯醇加入去离子水中获得稳定的水基陶瓷浆料；

步骤三、将稳定的水基陶瓷浆料用滴液装置滴入-15℃ ~ -40℃的油相中，形成粒径分布范围0.5-2mm的固相陶瓷微珠，30min后过滤分离，并在-20℃的乙酸乙酯中反复清洗陶瓷微珠；

步骤四、将经过乙酸乙酯反复清洗的陶瓷微珠冷冻干燥，转移至陶瓷坩埚中，进行烧结获得多孔陶瓷微珠载体；