[发明专利]一种高价态金属有机框架材料、其制备及应用

说明书

本发明涉及一种高价态金属有机框架材料、其制备及应用，属于金属有机框架材料技术领域。所述材料的通式为[(CH₃)₂NH₂][M(TCPB)]，属于六方晶系，空间群为P6₂22，M为铟、钒或铝的三价阳离子，TCPB为1,2,4,5‑四(3‑羧基苯基)苯的四价阴离子；将M元素对应的金属盐和H₄TCPB加入有机溶剂中，完全溶解后再加入调节剂酸并混合均匀，之后进行溶剂热合成反应，反应结束后清洗、干燥得到所述材料。本发明所述材料不仅对CO₂吸附容量大且对CO₂/N₂选择性高，而且该材料的制备方法简单以及脱附条件温和，在CO₂/N₂的分离方面具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种高价态金属有机框架材料、其制备及应用，属于金属有机框架材料技术领域。

背景技术

作为温室气体的主要组成部分，因CO₂的排放造成的温室效应是21世纪最为紧迫的气候问题之一。排放到大气中的CO₂主要来自化石燃料的燃烧，为了最大程度减排，科学家一直致力于新型能源的开发，然而部分研究成果仍处于实验室阶段。因此CO₂的捕获与封存技术，在这一阶段将发挥重要作用。

基于CO₂的产生途径，其捕获主要涉及到燃烧前捕获、燃烧中捕获和燃烧后捕获。而我国CO₂的捕获主要在煤化工行业开展，燃烧后捕获技术主要是对烟道气中的CO₂进行捕集。通常，烟道气中一般含有75％的N₂、15％的CO₂以及其他成分，所以，CO₂/N₂的高效分离是燃烧后捕获技术的核心。

目前，烟道气中CO₂的捕集主要采用化学吸收法，但吸收剂有机胺与CO₂反应后得到的产物氨基羧酸盐分解温度较高，再生成本很高，并且长时间的使用中，有机胺因强碱性还会对管道造成腐蚀，设备维护成本也很高。吸附式分离主要依靠多孔材料对CO₂的选择性吸附进行CO₂/N₂的高效分离。常见的物理吸附剂包括活性炭、沸石、分子筛等，其吸附容量较小，分离选择性不高。

不同于常见的物理吸附剂，金属有机框架材料(MOFs)是一种由金属离子或金属簇与有机连接基通过自组装构筑的晶态多孔材料，因连接节点选择多样、可设计、可调控，具有比表面积大、孔隙率高、结构可设计、孔性质可调控等特点，在气体吸附与分离、气体储存、催化、传感、质子传导、生物医药等领域具有广泛的应用前景。MOF材料用于CO₂/N₂分离的报道已有很多，例如Qc-5-Cu-sql-β，由Cu(II)与喹啉-5-羧酸通过溶剂热法合成，具有方形晶格(sql)，且拥有与CO₂尺寸极为匹配的孔道意味着只有CO₂可以通过孔道，表现出极高的CO₂/N₂吸附选择性，IAST理论计算分离系数高达40000。但是目前对于CO₂/N₂的分离，虽然具有尺寸筛分的MOF材料具有极佳的分离效果，但因其有限的比表面积，仍存在吸附容量和选择性无法兼得的问题，限制了MOF材料的实际工业应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种高价态金属有机框架材料、其制备及应用，该材料结构新颖，制备方法简单，对于CO₂吸附容量大且对CO₂/N₂选择性高，能够实现对CO₂/N₂的高效分离。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。