[发明专利]一种共价有机框架与离子液体复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种共价有机框架与离子液体复合材料及其制备方法和应用，其由以下方法制备得到：一、共价有机框架材料的制备；二、共价有机框架材料的还原；三、离子液体的制备；四、制备共价有机框架与离子液体复合材料：将还原的共价有机框架材料加入甲醇中，分散均匀，并向其中加入碳酸钾溶液，于50～70℃反应0.5h，再将离子液体溶于少量的水中配制成溶液后加入，继续于50～70℃反应24h，最后后处理得到共价有机框架与离子液体复合材料。本发明提供的共价有机框架与离子液体复合材料对二氧化碳吸附性能良好，有望作为一种工业二氧化碳的高效吸附剂推广应用。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种用作二氧化碳吸附剂的共价有机框架与离子液体复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会发展，人们对化石燃料的使用量大大提升，不可避免地产生大量的二氧化碳，而二氧化碳又是导致温室效应的主要气体之一。2015年12月，《巴黎协定》在巴黎气候变化大会上通过，其目的在于减少温室气体的排放，目前，各国科学家都在积极努力攻克温室气体排放这一国际性难题。目前，针对二氧化碳吸附较为成熟的方法是醇胺吸附法，利用醇胺为液相吸附剂来吸附二氧化碳。但此方法也有明显的不足，如吸附剂易挥发，严重腐蚀设备等。因此研发出一种绿色环保的二氧化碳吸收剂将会对解决温室效应有很大的帮助。

共价有机框架材料在2005年首次由Yaghi课题组提出，其主要由B，C，N和O等元素组成，拥有较高的比表面积和较低的密度，属于微孔型结构，对气体的选择吸附具有天然的优势。离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的在室温下呈现熔融状态的盐类，作为一种绿色的溶剂，对二氧化碳的吸附表现出较强的选择性和吸附性，特别是氨基功能化的离子液体，提供了二氧化碳的化学吸附位点，大大提高了二氧化碳的吸附性能。将离子液体与共价有机框架复合，制备一种吸附效率高的二氧化碳吸附剂非常有意义，但目前一方面共价有机框架制备比较困难，另外，离子液体与共价有机框架复合的方式主要是物理混合，使得复合体系并不稳定，吸附剂使用寿命短。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种用作二氧化碳吸附剂的共价有机框架与离子液体复合材料及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种共价有机框架与离子液体复合材料，其由以下方法制备得到：

步骤一、共价有机框架材料的制备：将均苯三甲醛和1,4-二氨基苯溶于1,4-二氧六环中得到混合液，向所得混合液中加入乙酸水溶液，然后置于液氮浴中快速冷冻，抽真空封管，升温至室温后置于烘箱中进行共价反应，反应结束后取出反应液，经洗涤、离心分离、真空干燥得到共价有机框架材料(COF-LZU1)；

步骤二、共价有机框架材料的还原：冰浴条件下，将步骤一所得共价有机框架材料加入甲醇中，再加入硼氢化钠，充分搅拌，然后经洗涤、离心分离、干燥得还原的共价有机框架材料；

步骤三、离子液体的制备：将1,2-二溴乙烷和N-(3-氨基丙基)咪唑溶于丙酮中，常温下搅拌反应得深棕色粘性液体，洗涤得到离子液体(溴化1-(3-氨基丙基)-3-(2-溴乙基)咪唑)；

步骤四、制备共价有机框架与离子液体复合材料：将步骤二所得还原的共价有机框架材料加入甲醇中，分散均匀，并向其中加入碳酸钾溶液，于50～70℃反应0.5h，再将步骤三所得离子液体溶于少量的水中配制成溶液后加入，继续于50～70℃反应24h，最后后处理得到共价有机框架与离子液体复合材料。

按上述方案，步骤一所述均苯三甲醛与1,4-二氨基苯摩尔比为2：3；所述混合液中均苯三甲醛的浓度为12～20mg/mL。

按上述方案，步骤一所述乙酸水溶液的浓度为1～9mol/L，乙酸水溶液与1,4-二氧六环的体积比为1：3～7。