[发明专利]一种低浓度单环芳烃强捕获碳-HKUST-1复合材料、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种强捕获单环芳烃的复合材料、制备方法及其应用，该吸附材料为碳‑HKUST‑1复合材料；利用原位合成法制备，其制备方法为：将铜盐的水溶液和有机配体的碳源溶液混合，利用溶剂热法，在高压反应釜中进行原位反应，再通过活化除去有机溶剂和水，经过抽滤、洗涤、干燥等就得到了碳‑HKUST‑1复合材料，该材料制备方法容易操作且条件温和；对低浓度的单环芳烃有强捕获能力，且疏水性在低压下有较明显的提高，特别适用于中低湿度环境中低浓度的单环芳烃的捕获。

技术领域

本发明涉及材料吸附技术领域与复合材料技术领域，具体而言，是一种低浓度单环芳烃强捕获碳-HKUST-1复合材料、其制备方法及应用。

背景技术

苯系物是一种典型的挥发性有机物，包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯、硝基苯等，这类化合物简称为BETXs。BETXs对城市大气环境具有严重的负面影响，并且对人类健康能够产生直接危害。苯系物在空气中的分布有两种形式，一种是吸附在颗粒物上以气溶胶的形式漂浮在空气中，另一种则以气态形式逸散在空气中。单环芳烃是一种典型的苯系物，具有苯系物的特征。

苯系物的治理方法有很多，最常见的有吸附法、生物法、吸收法以及高压脉冲电晕法和光催化氧化法等，其中吸附法成本低、效率高，是常用的治理方法。常用的吸附剂有活性炭、分子筛等。MOFs材料作为一种新的吸附剂，具有高的孔隙率、大的比表面积、孔径与表面化学性质易调节等特点，在气体吸附方面有很好的应用前景，但MOFs材料疏水性或耐水性差的缺点限制了其实际应用。利用碳量子点与MOFs材料进行复合改性，可极大提升MOFs的催化和吸附性能，从而提升其利用价值。许锋课题组将氧化石墨烯和HKUST-1进行复合成功制备了高比表面积和高孔容的复合材料，提高了对苯的吸附性能(许锋，陈忻，颜健，袁文兵吕道飞，一种HKUST-1复合材料及其制备方法，专利公开号：CN 111420640 A)。王旭生课题组用石墨烯为原料，利用自上而下的制备方法合成碳量子点，原位制备碳量子点@PCN-222复合材料，成功的提高了CO₂的光催化还原速率(王旭生，徐睿，陈春辉，黄远标，曹荣，碳量子点@卟啉基金属有机骨架催化剂及制备方法和应用，专利公开号:CN 107694605 A)。在复合的过程中，控制碳量子点的性质和形貌及MOFs生长过程，以使两者性质协同至关重要。但目前的碳量子点是利用“自上而下”的方法采用石墨棒电解制得，采用“自上而下”制备得到的碳量子点其尺寸较大且形貌不可控。且复合材料制备过程自组装能力差，导致复合材料性质和形貌难以保持统一。

HKUST-1具有适宜的孔结构以及不饱和的金属位，对单环芳烃具有较好的吸附作用。但是水分子和单环芳烃具有相同的吸附位点，并且水分子的动力学直径小于苯分子的动力学直径水分子的动力吸附优先性加剧了对单环芳烃的竞争吸附。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的是提供一种低浓度单环芳烃强捕获碳-HKUST-1复合材料及其制备方法，将碳材料与HKUST-1进行复合，有效的提高了HKUST-1的疏水性，从而提高单环芳烃的竞争吸附，提高了MOFs材料吸附单环芳烃的能力。

为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：

首先本发明提供了一种低浓度单环芳烃强捕获碳-HKUST-1复合材料，由金属有机骨架和碳纳米点进行原位复合制得。

同时，本发明提供上述低浓度单环芳烃强捕获碳-HKUST-1复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)将碳源加入到溶剂中超声溶解，一定温度下进行孵化得到碳源溶液；所述碳纳米点由所述碳源进行自下而上的方法合成；

步骤(2)将有机配体溶液和步骤(1)所得的碳源溶液混合均匀，然后与铜盐的水溶液混合搅拌得到前驱体溶液，将前驱体溶液升温到100℃～200℃进行反应；

步骤(3)将步骤(2)所得的溶液洗涤、干燥；