[发明专利]一种高效吸附CO2

说明书

本发明公开了一种高效吸附CO₂的二维MOFs材料的制备方法和应用。该方法是以水或甲醇为介质，将金属盐、功能化离子液体与氮杂环类有机配体混合，在25‑60℃搅拌反应24‑48 h，自发组装形成二维微孔MOFs材料。该材料可在常温常压下从模拟烟道气（CO₂/N₂）中高效捕集CO₂。该方法融合了离子液体功能性以及二维MOFs材料比表面积大、稳定性高等优点，是一种极具工业应用潜力的吸附材料。

技术领域

本发明涉及一种高效吸附CO₂的二维MOFs材料的制备方法及应用，属于材料化学与环境技术领域。

背景技术

随着全球经济的快速发展，由工业中化石燃料燃烧所产生的工业尾气是CO₂长期、稳定、集中的排放源。然而，常规燃气、燃油、燃煤烟道气中CO₂浓度较低（8-15 vol.%），在较低压力下，从以N₂为主要成分的混合气体中分离较低浓度的CO₂气体存在难度大、能耗高、成本高等技术瓶颈。开发CO₂高效吸附/分离材料，是实现CO₂源头富集并进一步资源化高值化利用的重要前提。

二维金属有机骨架材料（MOFs）是近年来得到迅速发展的一类新型多孔晶体材料，具有比表面积大、孔隙率高、孔道规则、结构和性能可设计性等优势，在CO₂吸附领域展现出独特优势。而二维MOFs材料不但具有 MOFs 材料本身的优势，还具有外比表面积高、活性位点多等优势，可进一步提高吸附性能。

发明内容

本发明旨在提供一种高效吸附CO₂的二维MOFs材料的制备方法及应用。

本发明将离子液体作为双功能剂，一方面作为单齿调控剂原位组装于MOFs材料骨架中，诱导二维MOFs材料的形成，另一方面快速、可逆地固定 CO₂，有效提高材料对CO₂的吸附选择性和吸附容量。

本发明提供了一种高效吸附CO₂的二维MOFs材料的制备方法，是以水或甲醇为介质，将金属盐、功能化离子液体与氮杂环类有机配体混合，在25-60℃搅拌反应24-48 h后，离心，去离子水洗涤（洗涤3次，每次30 mL），在70 ℃下真空干燥12 h得到。

上述方法中，所述的功能化离子液体是1-乙胺基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙胺基-3-甲基咪唑溴盐、1-丙胺基-3-甲基咪唑氯盐、1-磺酸丙基-3-乙基咪唑内盐、1-丙羧基-3-甲基咪唑溴盐中的任意一种。各功能化离子液体的合成过程如下：

1-乙胺基-3-甲基咪唑氯盐：分别称取N-甲基咪唑1.64~4.11g (20~50mmol)，2-氯乙胺盐酸盐2.3~5.8g (20~50mmol)，加入到15~30ml无水乙腈中，通氮气保护，回流反应8小时。过滤得到固体，用无水乙醇洗涤，真空干燥12h，即得到1-乙胺基-3-甲基咪唑氯盐；

1-乙胺基-3-甲基咪唑溴盐：分别称取N-甲基咪唑1.64~4.11g (20~50mmol)，2-溴乙胺氢溴酸盐4.1~10.2g (20~50mmol)，加入15~30ml无水乙腈中，通氮气保护，回流反应8小时。过滤得到固体，用无水乙醇洗涤，真空干燥12h，即得到1-乙胺基-3-甲基咪唑溴盐；

1-丙胺基-3-甲基咪唑氯盐：分别称取N-甲基咪唑1.64~4.11g (20~50mmol)，3-氯丙胺盐酸盐1.89~4.723g (20~50mmol)，加入到15~30ml无水乙腈中，通氮气保护，回流反应8小时。过滤得到固体，用无水乙醇洗涤，真空干燥12h，即得到1-丙胺基-3-甲基咪唑氯盐；