[发明专利]一种金属有机骨架材料的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种金属有机骨架材料的制备方法及应用，所述金属有机骨架材料中的金属离子由四氯化铪和四氯化锆提供，有机配体由1,2,4,5‑苯四羧酸提供；本发明制备方法操作简单，合成时间短，设备简单；本发明制备的金属有机骨架材料可用于吸附工业烟气中的二氧化硫、二氧化碳和氮气，吸附性能较好，可重复利用，且具有高的化学稳定性和较高热稳定性的优势。

技术领域

本发明公开了一种金属有机骨架材料的制备方法及应用，属于晶态材料技术领域。

背景技术

随着现代工业的不断发展，大气污染越来越严重，城市污染的主要来源是化石燃料的大量燃烧，最主要的城市污染类型为煤烟型污染，目前我国某些城市的大气污染程度已经达到了发达国家上世纪50-60年代的污染程度，大气中的含硫或其他酸性气体浓度严重超标。目前，捕获这些气体的方法主要有：有机胺溶液吸收法、膜分离法和吸附法等。在这些方法中，基于多孔材料的吸附法由于具有高效、经济和环境友好等优势，被广泛认为是一种十分有前景的方法。常见的多孔材料主要有活性炭、沸石分子筛和金属有机骨架材料等。

作为一类新型的多孔材料，金属有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks，MOFs）是由金属离子或金属簇与有机配体通过配位键构筑而成的。其具有超高的比表面积、更大的孔隙率、多样化和可调的孔道结构等优势。在气体吸附与分离、催化、荧光、电化学等领域具有潜在的应用前景。其在气体吸附与分离方面的研究，更是引起了国内外科研工作者的广泛重视。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属有机骨架材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将摩尔比为1:1:(2~4)的四氯化锆、四氯化铪和1,2,4,5-苯四羧酸溶解于体积比为(6~8):1的N,N'-二甲基甲酰胺和甲酸的混合液中，每0.5毫摩尔四氯化锆，需要至少加入30mL N,N'-二甲基甲酰胺，超声搅拌5-30min，得到均相混合溶液；

（2）将步骤（1）所得混合溶液转入反应釜，在100~120℃反应12-24h；

（3）待反应釜冷却到室温后，抽滤得到粉末；

（4）将步骤（3）得到的粉末先用N,N'-二甲基甲酰胺和丙酮分别洗涤三次，然后用甲醇洗涤三次，抽滤后真空干燥得到金属有机骨架材料UiO-66(Zr,Hf)-(COOH)₂。

优选地，步骤（1）中超声搅拌温度不超过40℃。

优选地，步骤（4）中真空干燥步骤是在65-100℃下真空干燥12-24h。

制得的金属有机骨架材料UiO-66(Zr,Hf)-(COOH)₂用于吸附工业烟气中的二氧化硫、二氧化碳和氮气。

本发明的有益效果：

（1）本发明所述金属有机骨架材料具有高的化学稳定性和较高热稳定性的特点；

（2）本发明所述金属有机骨架材料用于吸附二氧化硫、二氧化碳和氮气吸附性能较好，材料可重复利用；

（3）本发明具有成本低、制备过程简单、制备条件简单的特点。

附图说明

图1为本发明反应过程示意图；

图2为实施例1制得的金属有机骨架材料的SEM图；

图3为实施例1制得的金属有机骨架材料的XRD图；

图4为实施例1制得的金属有机骨架材料对SO₂的吸附等温线图；

图5为实施例2制得的金属有机骨架材料对CO₂的吸附等温线图；