[发明专利]一种对空气中微量苯系物具有高效吸附去除性能的金属有机框架材料

说明书

一种对空气中微量苯系物具有高效吸附去除性能的金属有机框架材料，属于空气污染防治技术领域。该材料化学结构式为[Zr₆(μ₃‑O)₄(μ₃‑OH)₄(BDB)₆]，BDB^2‑为一种有机物，英文名4,4'‑(benzene‑1,3‑diyl)dibenzoate)。该材料稳定性好，具有多孔性和疏水性，对苯系物表现出很强的吸附能力，可有效吸附去除空气中微量的苯系物，且吸附后易再生重复使用。

技术领域

本发明属于空气污染防治技术领域，技术涉及一种对空气中微量苯系物具有高效吸附去除性能的晶态多孔材料，即金属有机框架(Metal-Organic Frameworks，简称MOFs)，的制备方法与性能评价。

背景技术

近几年，世界各地众多大城市及其周边区域频繁出现严重而持久的雾霾天气。尽管雾霾的形成机理目前尚无定论，普遍认为空气中二次气溶胶(secondary aerosol)的形成是导致雾霾的主要原因之一。二次气溶胶包括二次无机气溶胶 (secondary inorganicaerosols，简称SIAs)和二次有机气溶胶(secondary organic aerosols，简称SOAs)。SIAs主要是由气态前驱物形成的硫酸盐、硝酸盐和铵盐。而SOAs则主要来源于大气中挥发性有机物(volatile organic compounds，简称 VOCs)经过光氧化反应形成氧化产物和硝化产物。

苯、甲苯、乙苯、二甲苯等苯系物是城市中心及周边区域大气中VOCs的重要组成部分，主要来自汽油和柴油汽车的尾气排放以及燃油储存和运输过程中的泄漏。苯系物不仅在燃油中含量高，在工业上也被广泛使用，主要作为溶剂和一些化学品的生产原料。空气中的苯系物不但是SOAs的前驱物，还可以直接对人体健康造成危害。苯系物中苯的毒性最大，被世界卫生组织(World Health Organization，简称WHO)列为一级致癌物。长时间暴露在含高浓度苯的环境下，可能引起白血病。然而，日常生活中苯的来源不少，如汽油、二手烟、油漆、家具抛光剂、粘合剂、洗涤剂等。由于毒性较高，在很多场合下，苯常被毒性相对更小的甲苯或其他苯系物代替使用。然而，这些苯的衍生物对人体健康也同样具有不同程度的危害性。只是这些危害性产生症状不明显且周期长，因此常常被忽视。

目前，吸附去除空气中苯系物或富集空气中苯系物进行定量分析的材料主要是碳基吸附剂，例如活性炭。这类吸附剂具有低成本、稳定性好等优点。缺点是结构无定型，结构优化提升性能受限。相比之下，近年来兴起的MOF材料不仅具有结构多样、长程有序、可设计性好等特点，还可能在吸脱附过程中保持单晶态。这一特性为吸附机理分子层面的理解和材料结构优化并提升其吸附性能提供可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对空气中微量苯系物具有高效吸附去除性能的 MOF材料及制备方法。

本发明一种单晶态的MOF材料，化学分子式为[Zr₆(μ₃-O)₄(μ₃-OH)₄(BDB)₆]，简称为BUT-66；BDB^2-是V型芳香二羧酸根配体；BDB^2-＝ 4,4'-(benzene-1,3-diyl)dibenzoate)(图1)，与氧氯化锆(ZrOCl₂·8H₂O)进行溶剂热反应。

对BUT-66样品的单晶X-射线衍射实验表明，该MOF材料结晶为三方晶系， R-3空间群(148号)，晶胞参数为：