[发明专利]一种锌基金属有机骨架材料的制备及其选择性吸附应用

说明书

一种锌基金属有机骨架材料的制备及其选择性吸附应用，属于晶态多孔材料制备技术领域。该MOF材料由有机配体四[4‑(4'‑羧基苯基)苯基]乙烯(TCBPE)和有机配体1,4‑二(4‑吡啶基)苯(Bpb)与硝酸锌(ZnNO₃)在溶剂热条件下合成。该MOF材料具有规则的孔道结构、较高的孔隙率和比表面积。该材料对于二氧化碳和甲烷吸附作用力不同，从而具有二氧化碳选择性吸附的性能。

技术领域

本发明属于晶态多孔材料制备技术领域，涉及一种新型锌基金属有机骨架材料(Metalorganic frameworks,MOF)的制备方法及其应用，该MOF材料具有微孔结构并且可以选择性吸附二氧化碳。

背景技术

随着能源结构的调整，天然气作为一种清洁能源被广泛应用于众多领域。而天然气中含有的二氧化碳会降低燃料的热值，并且会损害管道设备。因此脱除天然气中的二氧化碳是十分有必要的，是天然气处理中的关键环节。吸附法具有工艺成熟、操作简单和耗能低的特点，是基于吸附材料对于二氧化碳和甲烷吸附作用力的差异实现的。采用吸附分离法选择性捕获二氧化碳作为一种脱除二氧化碳的方法被广泛应用。

MOFs材料是由金属离子或金属簇和有机配体通过络合作用形成的具有较高的孔隙率和较高的比表面积的新型多孔晶体材料。由于其具有高孔隙率、高比表面积、易于修饰调节、结构明确等特点，非常适合作为多孔吸附剂进行相关研究。MOF材料与传统的材料如活性炭、沸石等相比，具有孔道可调节和易于修饰等特点，并且具有更多的活性位点，使其更易于吸附。本发明在溶剂热条件下采用有机配体四[4-(4'-羧基苯基)苯基]乙烯(TCBPE)和有机配体1,4-二(4-吡啶基)苯(Bpb)与硝酸锌(ZnNO₃)自组装形成了一例微孔MOF材料。该MOF材料具有较高的比表面积和孔隙率，能够选择性吸附二氧化碳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于选择性吸附二氧化碳的微孔MOF材料，以解决在甲烷中选择性捕获二氧化碳的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于选择性吸附二氧化碳的微孔锌MOF材料，所述微孔锌MOF材料的分子结构式为Zn₂(TCBPE)(Bpb)，其中TCBPE为平面四羧酸配体，Bpb为双吡啶配体。

优选的，所述TCBPE为四[4-(4'-羧基苯基)苯基]乙烯，所述Bpb为1,4-二(4-吡啶基)苯。

优选的，所述微孔锌MOF材料属于单斜晶系，空间群为P2/c，晶胞参数为α＝90°，β＝112.152(8)°，γ＝90°。

优选的，所述微孔锌MOF材料为三重互穿的层状柱结构，双核金属锌与TCBPE配体形成二维层状结构，所述二维层状结构中的双核金属锌与Bpb配体连接形成三维微孔结构。

本发明上述微孔锌MOF材料的合成方法，主要包括以下步骤方法：

(1)将有机配体TCBPE、Bpb与硝酸锌Zn(NO₃)₂溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和甲醇(MeOH)的混合溶液中；

(2)将步骤(1)中的混合溶液进行溶剂热反应获得块状单晶，用DMF洗涤，得到所述微孔锌MOF材料。

进一步的，所述有机配体TCBPE和所述有机配体Bpb摩尔比为1:1-1:3。优选硝酸锌Zn(NO₃)₂与有机配体TCBPE和Bpb的总摩尔比为1:1。

进一步的，所属混合溶剂中DMF和MeOH的体积比为1:1-2:1。

进一步的，所述溶剂热反应温度为100-120℃，反应时间为48-96h。

本发明所得锌基金属有机骨架材料用于选择性吸附二氧化碳气体，进一步用于分离二氧化碳和甲烷。