[发明专利]一种有机废气吸附剂及其制备方法

说明书

本案涉及一种有机废气吸附剂及其制备方法，包括将金属盐、刚性聚合物配体和生物质配体加入DMF中搅拌使其混合均匀，得到MOF前驱液；随后加入秸秆粉末中，超声分散混合均匀，加热进行水热反应，反应结束后对所得产物离心，洗涤、干燥，得MOF吸附材料；在搅拌釜中加入膨胀剂和水搅拌混合，随后加入所述MOF吸附材料进行捏合得到混合料，将该混合料进行造粒后得到有机废气吸附剂。本发明中创设性地采用一种刚性聚合物配体和一种生物质配体协同作用，有效改善了传统MOF材料的低孔隙率结构，将该MOF材料作为活性炭的替代物制成吸附剂，可用于对苯类、醛类等有机分子的吸附，且不会造成二次污染，使用方便。

技术领域

本发明涉及废气净化领域，具体涉及一种有机废气吸附剂及其制备方法。

背景技术

目前，大气污染较为严重，室外有烟尘、二氧化硫、一氧化碳等悬浮颗粒和工业废气，室内有醛类、苯类等有机化合物，这些都威胁着人类的安全健康，所以对空气净化越来越重视。现有的净化方式通常采用活性炭吸附，由于其比表面积大，孔隙结构发达，具有一定的吸附作用，然而仅靠单纯的物理吸附，难以达到理想的吸附效果，且被吸附物质易脱附。为提高对废气尤其是有机挥发性气体的吸附能力，需对活性炭进行改性，但以活性炭颗粒作为吸附剂的基材，可能会造成堵孔，反而降低了吸附能力。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明以金属-有机骨架材料(MOF)作为基材，制备一种吸附剂，其通过物理化学吸附，达到较好的有机废气处理效果。

针对上述目的，本发明通过如下方案：

一种有机废气吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

S1：将金属盐、刚性聚合物配体和生物质配体加入DMF中搅拌使其混合均匀，得到MOF前驱液；

S2：将所述MOF前驱液加入秸秆粉末中，超声分散混合均匀，加热进行水热反应，反应结束后对所得产物离心，洗涤、干燥，得MOF吸附材料；

S3：在搅拌釜中加入2-7份膨胀剂和80-100份水搅拌混合，随后加入所述MOF吸附材料20～30份进行捏合得到混合料，将该混合料进行造粒后得到有机废气吸附剂。

进一步地，所述金属盐选自六合水硝酸锌、二水合乙酸锌、氯化锌或溴化锌中的一种。

在上述方案中，所述刚性聚合物配体是含噁二唑结构的聚喹啉，具有大的共轭基团，作为配体极其稳定，同时聚合物中含有丰富的N元素，可以对气体吸附产生有利的影响；在高温热处理中，刚性基团苯环限制了聚合物链的运动，从而形成了大孔级别的多孔聚合物基质。

所述刚性聚合物配体的制备具体步骤为：

将间苯二甲酸先后经硝化、酯化、还原得到化合物1；

在反应瓶中加入化合物1、无水甘油和催化量的五氧化二砷，振荡使其混合均匀，冰浴条件下，边搅拌边缓慢滴入浓硫酸，滴加完成后回流反应2-3h，趁热进行水蒸气蒸馏，直至馏分由浅黄色变为无色为止，冷却至室温，慢慢滴加氢氧化钠溶液调节pH＝6，改用饱和碳酸钠溶液中和至中性，随后继续水蒸气蒸馏出产物，抽滤收集析出物，用80％乙醇重结晶制得化合物2；

将化合物2、乙醇和水合肼加入圆底烧瓶中，回流24h，冷却，抽滤，用DMF和水的混合溶剂进行重结晶，得到化合物3；

将化合物3加入反应瓶中，加入氯化锂、三乙胺和溶剂NMP，搅拌下缓慢滴加间苯二甲酰氯的NMP溶液，在80℃下搅拌反应3h，冷却后在甲醇中沉淀析出，抽滤，用水和乙醇洗涤，干燥得到聚合物4；

将聚合物4和POCl₃加入至反应瓶中，回流8h，用冰水终止反应，抽滤，依次用水、饱和碳酸钠溶液、水和乙醇洗涤，干燥后加少量THF使其溶解，之后在无水甲醇中沉淀，过滤、干燥得到含噁二唑结构的聚喹啉，即所述刚性聚合物配体。