[发明专利]一种可吸附沼气中CO2功能的MOFs材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在室温条件下可吸附沼气中CO₂的金属有机框架（MOFs）材料的制备方法。

背景技术

在这个经济日益发展的年代，出现不可再生能源过度开发、环境污染日益严重、二氧化碳的排放量继续增加等问题。因此在我们获得清洁绿色能源和建立新型能源基础设施之前，需要去研究新型的技术和材料去吸附和分离沼气中的二氧化碳，提高沼气的利用率。

过去的技术水平主要是使用链烷醇胺水溶液吸附剂去吸附二氧化碳，但是这个技术需要花费大量的能源进行再生，因为链烷醇胺水溶液吸附剂与二氧化碳作用需要很大的吸附焓。

近年来合成了许多新型材料，其中金属有机框架（MOFs）材料对吸附和分离二氧化碳在理论上是可行的，但是大多数的MOFs材料在实际的应用中又会遇到阻碍，因为需要材料在室温和一个标准大气压条件下吸附沼气中CO₂（沼气中甲烷和二氧化碳体积基本相等），这就意味着我们使用的吸附材料应该具有高吸附容量、高选择性，在潮湿的地方稳定存在，能够长期和重复使用等优点。针对这些实际问题，项生昌等合成了一种新型的多孔金属有机骨架材料[K(H₂O)₂Co₃(cit)(Hcit)]（UTSA-16 )。该材料能够在室温和一个标准大气压下有效的吸附和分离沼气中的二氧化碳，吸附量可以达到(160 cm³/cm ³)。因此，这个新型的UTSA-16材料可以作为一种有效的分离、吸附沼气中二氧化碳的新型功能材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有在室温和一个标准大气压下条件下可吸附沼气中CO₂的MOFs材料。

本发明的目的是通过如下方案实现的：

1、MOFs材料的制备

（1）将四水合乙酸钴、一水合柠檬酸、碱性化合物依次充分溶解在含水和有机溶剂等体积混合的混合溶剂中形成混合溶液；

（2）将混合溶液倒入水热釜中，置于烘箱，在0.5～1 h内将混合溶液从室温加热至100℃～140℃；

（3）维持100℃～140℃保温36～48 h，然后以4℃～6℃ /h的速率冷却至室温；

（4）将水热釜内的混合溶液过滤，乙醚洗涤，在室温下自然干燥，得到紫色棱柱状晶体MOFs材料。

2、MOFs材料的活化

将制得的MOFs材料放入90℃和5μmHg条件下活化24h，脱去水和有机溶剂后，得到本发明所述的一种可吸附沼气中CO₂功能的UTSA系列 MOFs材料。

本发明所述的碱性化合物为氢氧化钾、氢氧化钠或三乙胺。

本发明所述的有机溶剂是乙醇、二氯乙烷或二氯甲烷。

本发明所述的混合溶液，其中，四水合乙酸钴︰一水合柠檬酸︰碱性化合物的摩尔比为（1～4）：（1～3）：（2～5）。

本发明利用Micromeritics ASAP 2020 Accelerated Surface Area and Porosimetry吸附仪测定制备的MOFs活化材料及其他的MOFs材料在等温条件下CO₂饱和吸附量，依据理想吸附溶液理论（IAST）,计算给出这些多孔材料在等摩尔CO₂/ CH₄混合气体条件下的CO₂吸附容量、选择性、吸附焓等，并进行比较。

本发明制备的UTSA-16 MOFs材料与其他材料在296 K时对CO₂气体的饱和吸附量和孔隙容积见下表：

在296 K , 200 kPa时， MOFs和沸石类材料对沼气混合气体CO₂/CH₄（v:v=1:1）的吸附选择性S_ads和CO_2、CH₄吸附容量比较，见下表：