[发明专利]离子液体改性金属-有机框架材料的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种离子液体改性金属‑有机框架材料的制备方法和应用。在合成金属‑有机框架材料（Metal Organic Frameworks）的过程中引入离子液体，制备出一种具有优异CO₂和O₂选择性分离性能的材料。该方法集成了离子液体功能性以及三维金属‑有机框架材料稳定性高、制备方法简单、可循环使用等优点，是一种极具工业应用潜力的气体分离材料。

技术领域

本发明涉及一种CO₂、O₂气体分离材料，具体涉及一种离子液体改性金属-有机框架材料的制备方法和应用。

背景技术

全球气候变暖已成为备受关注的环境问题，以CO₂为主的温室气体的大量排放是导致温室效应加剧的主要原因。当前CO₂的主要排放来源依旧是工业废气的排放，对工业废气中的气体进行选择性分离和捕集，可以大大降低CO₂分离与捕集储存的成本。

离子液体是完全由阴、阳离子构成，在低于100℃温度范围内呈液态的有机盐。离子液体具有不挥发、蒸汽压低、液态范围宽、热稳定性高、溶解能力强、结构和性质可调节等特性。为了满足不同反应的需求，将特定的功能基团接枝到离子液体的阳离子或阴离子结构上来合成具有独特性质的离子液体，即功能化离子液体。

金属-有机框架材料（MOFs）是由金属离子与有机配体通过自组装过程而生成的一类新型多孔材料，具有比表面积大，孔道结构规整，孔道和表面化学性质可调变等特征，在吸附、分离和催化等方面均表现出了广阔的应用前景。ZIF-8是MOFs材料的一种，它是以2-甲基咪唑为有机配体和金属Zn²⁺构建的三维金属-有机框架材料。ZIF-8是沸石咪唑酯框架类材料中最具代表性的一种，不仅具备一般金属-有机框架材料的优点，还具有更加优良的水热稳定行。ZIF-8的单个晶胞由8个直径为3.4 Ǻ的窗口围成直径为11.6 Ǻ大孔笼。ZIF-8作为典型的多孔纳米材料，具有高的比表面积、大的孔体积、规则的孔道结构、表面电子作用力以及良好的水热稳定性等优点。

工业炼铁领域中多数采用带有燃烧室的竖炉进行炼铁，燃烧室中煤气的燃烧不仅会产生大量的CO₂气体，同时废气中还残有剩余的过量O₂，因此对混合气体进行选择性分离应用成为一个当前亟待发展的热点技术。

发明内容

本发明旨在提供一种离子液体改性金属-有机框架制成的二氧化碳和氧气分离材料的制备方法和应用，通过引入一系列富含活性位点的离子液体，在不改变材料稳定框架结构的基础上，制备出一种具备对CO₂和O₂选择性捕集分离能力的新型材料，实现了对材料孔结构和气体选择性吸附分离性能的调控。

本发明中提供的二氧化碳和氧气分离材料，是在合成金属-有机框架材料ZIF-8的过程中引入离子液体。本发明选用的一系列氨基离子液体，含有丰富的碱性位点，在分离气体时可以有效的吸附CO₂，从而实现有效分离气体的目的。通过调节离子液体的结构和比例，在不改变材料稳定框架结构的基础上，实现了对材料孔结构和气体选择性吸附分离性能的调控。该方法集中了离子液体功能性以及三维金属-有机框架材料稳定性高、制备方法简单、可循环使用等优点，是一种极具工业应用潜力的气体分离材料。

本发明提供了一种离子液体改性金属-有机框架材料的制备方法，是将2-甲基咪唑和离子液体分散在甲醇溶液中，滴入六水合硝酸锌，在合成金属-有机框架材料ZIF-8的过程中引入离子液体，得到离子液体改性金属-有机框架材料。

所述的配体2-甲基咪唑，金属离子是Zn²⁺。