[发明专利]一种纸状梯度微纤复合金属有机骨架材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于复合材料的技术领域，公开了一种纸状梯度微纤复合金属有机骨架材料及其制备方法与应用。方法：(1)纸状烧结纤维载体的制备；(2)采用氨丙基三乙氧基硅烷预处理纸状烧结纤维载体，获得预处理的纸状烧结纤维载体；(3)MOFs晶体在预处理的纸状烧结纤维载体表面生长与沉积；(4)MOFs膜在经过晶体沉积后的纸状烧结纤维载体上生长。本发明将MOFs连续、无缺陷地生长在纸状烧结纤维载体表面并形成致密的MOFs膜，成本低廉，具有厚度较薄且可调控，孔隙率高且可调节，机械强度高，应用于固定床能强化传质传热、降低床层压降，使得纸状梯度微纤复合金属有机骨架材料在催化、吸附领域有着更加广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料的技术领域，涉及一种金属有机骨架膜复合材料，具体是一种纸状梯度微纤复合金属有机骨架材料(以下简称MOFs)及其制备方法与应用。所述纸状梯度微纤复合金属有机骨架材料应用于吸附、分离与催化领域。

背景技术

MOFs是由金属离子或者金属簇通过配位键的成键方式与一些有机配体结合形成的，由于组成MOFs的金属离子(金属簇)或者有机配体的不同它们可以展现出多种多样的拓扑结构。将MOFs制成膜，也就是MOFs膜，由于MOFs自身具有很多的优点:孔径的大小可调，超高的比表面积、裸露的金属位点，使得MOFs膜在吸附、分离、催化、光、电、磁和气体存储等方面都有实际和潜在的应用价值。由于MOFs在众多领域有着许多广泛的应用，在过去的几十年，大量研究工作者致力于研究探索MOFs新材料，在各种基底上制备性能优异的MOF膜。

MOFs膜的制备方法有水热合成法、扩散合成法、二次生长法、微波加热生长法、溶胶-凝胶合成法、基底修饰法等。常用的载体包括金属网或片、多孔的α-Al₂O₃、玻璃、中空陶瓷纤维、有机物基底等。但是目前所用的载体都是现成的，其形状、厚度及孔隙率等均不容易调控。而且目前大多数生长在载体表面的MOFs不能连续成膜，缺陷程度大，膜较厚，气体吸附分离效果不好，晶体容易与载体分离。本发明针对现有在载体上制备MOFs膜方法的问题和不足，提出一种纸状梯度微纤复合MOFs膜的制备方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有在载体上生长MOFs膜不连续、缺陷程度大、膜较厚、晶体与载体容易分离、载体不易裁剪折叠、传热传质效率低等不足，提供一种纸状微纤复合MOFs膜(纸状梯度微纤复合金属有机骨架材料)的制备方法。本发明以纸状烧结纤维为载体，采用基底修饰、晶体生长、水热合成方法在纤维表面生成MOFs膜。

本发明的另一目的在于提供由上述制备方法得到的纸状梯度微纤复合金属有机骨架材料。

本发明的再一目的在于提供上述纸状梯度微纤复合金属有机骨架材料的应用。所述纸状梯度微纤复合金属有机骨架材料在大气中和/或工业废水中挥发性有机物的吸附和/或催化氧化中的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种纸状梯度微纤复合金属有机骨架材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)纸状烧结纤维载体的制备；

(2)纸状烧结纤维载体的预处理：采用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)预处理纸状烧结纤维载体，获得预处理的纸状烧结纤维载体；所述预处理的温度为65～110℃，预处理的时间为2～24h；所述预处理在有机溶剂中进行，所述有机溶剂为乙醇或甲苯；所述3-氨丙基三乙氧基硅烷在有机溶剂中质量浓度为1％～5％；

(3)MOFs晶体在步骤(2)的经过预处理的纸状烧结纤维载体表面生长与沉积；

(4)MOFs膜在经过步骤(3)晶体沉积后的纸状烧结纤维载体上生长。

步骤(1)中所述纸状烧结纤维载体的制备：