[发明专利]一种含铁螯合剂内嵌的MOF材料、合成方法及应用

说明书

本发明公开了一种含铁螯合剂内嵌的MOF材料、合成方法及应用，其合成方法包括通过MOF材料的合成以及将MOF材料和乙二胺四乙酸螯合铁作为原料合成含铁螯合剂内嵌的MOF材料的步骤，将乙二胺四乙酸螯合铁，封装在MOF材料的内部空隙中，利用乙二胺四乙酸中大量的易于氧结合的化学键和Fe元素对氧气的亲和性能，大幅度提高MOF材料的吸附性能，还可以将吸附后的材料进行热脱附，实现材料的再利用。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及到一种含铁螯合剂内嵌的MOF材料、合成方法及应用。

背景技术

氧气被广泛用于各种商品材料和化学品的生产当中。目前的工艺技术主要是通过低温蒸馏空气从中生产纯氧。能量需求较大，经济性不佳。因此，迫切需要新技术与新材料来实现高效便捷的生产氧气。金属有机骨架(MOF)，具有比表面积大，吸附位点多的特点，在O₂的结合方面表现出结构性能关系清晰、可控性强等优点。但是单纯的靠MOF材料本身吸附氧气，能力有限，如果对MOF材料进行进一步的改性和修饰将进一步增强MOF材料的氧气吸附性能。

目前对MOF材料的研究多为将其通过改性制备成催化剂，具有不同催化性能的MOF材料应用广泛。但是通过内嵌螯合剂将MOF材料用于气体的吸附性能目前还没有报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种含铁螯合剂内嵌的MOF材料、合成方法及应用，可以通过将铁离子内嵌到MOF材料中，赋予MOF材料优良的吸附性和脱附性，对氧气进行重复吸附，提高吸附效率。

为达上述目的，本发明提供了一种含铁螯合剂内嵌的MOF材料，其合成方法包括以下步骤：

(1)MOF材料的合成

①、配置体积分数为25-35％的四甲基氢氧化铵水溶液；

②、将对苯二甲酸加入到步骤①配置的水溶液中，使得对苯二甲酸的浓度为0.04-0.06g/ml，并于室温下搅拌25-35min，

③、向步骤②搅拌后的溶液中添加硝酸铬，使得硝酸铬的浓度为0.1-0.15g/ml，继续于室温下搅拌15-25min；

④、将步骤③中搅拌后的溶液于180-200℃加热24-48小时，然后冷却到室温，离心并重复洗涤，干燥得到粉末；

⑤、将步骤④得到的粉末置于交换膜中，用甲醇溶液浸泡18-30h后，于真空干燥箱中，在100-140℃条件下干燥10-14h，制得；

(2)含铁螯合剂内嵌的MOF材料的合成

①、取质量比为1-3：3-5的MOF材料和乙二胺四乙酸螯合铁，于室温下研磨；

②、将步骤①得到的粉末置于管式炉中，将管式炉进行抽真空处理，真空度为-80KPa；

③、再将管式炉进行加热处理，加热温度为100-140℃，加热时间为18-30h，自然冷却后，制得。

采用上述方案的有益效果是：首先是MOF材料的合成，通过四甲基氢氧化氨溶液调控MOF材料的尺寸以及防止对苯二甲酸重结晶影响合成效率和质量，硝酸铬和对苯二甲酸在水热过程中会形成三维的空间结构，对苯二甲酸中的氧会和硝酸铬中的硝酸根离子形成新的化学键，从而形成三维结构；其次选择EDTA二钠盐中的钠离子用铁离子替换后的EDTA铁盐，即已二酸四乙胺螯合铁，赋予已二酸四乙胺螯合铁对氧气优秀的吸附性；最后将MOF材料与已二酸四乙胺螯合铁作为原料通过抽真空以及加热处理，制得的材料，既可以对氧气进行有效吸附，吸附后还可以通过加热脱附，对材料进行重复利用。

进一步的，步骤(1)中，四甲基氢氧化铵水溶液的体积分数为30％，对苯二甲酸和硝酸铬的浓度分别为0.05g/ml和0.125g/ml。

进一步的，步骤(1)中的步骤④加热温度为190℃，加热时间为20min；