[发明专利]一种金属有机骨架材料

说明书

本发明涉及一种金属有机骨架材料，该材料通过将金属化合物和有机羧酸类配体在溶剂中加热反应得到；溶剂为水或有机溶剂，当溶剂为有机溶剂时，金属化合物为金属盐或聚合羟基金属盐，当溶剂为水时，金属化合物为聚合羟基金属盐。与现有技术相比，本发明金属有机骨架材料的制备不需要额外添加碱为有机羧酸类配体脱质子；进一步地，不涉及使用传统溶剂热法的N,N‑二甲基甲酰胺等有毒有机溶剂；原材料廉价易得；绿色环保，反应时间短，工序简单，产物纯度高，活化简单，有利于实现工业化生产。

技术领域

本发明属于金属有机骨架(MOFs)材料领域，尤其是涉及一种金属有机骨架材料。

背景技术

金属有机骨架材料是一类由金属离子与有机羧酸类配体通过自组装形成的具有周期性网络结构的新型晶态多孔材料。与传统的无机多孔材料相比，金属有机骨架材料具有极高的比表面积、特殊的拓扑结构，孔道尺寸可调且结构易功能化，因而在气体储存与分离、多相催化、药物负载、分子识别、环境修复等领域显示出巨大的挖掘潜力。

富马酸铝金属有机骨架是由铝离子和富马酸根离子配位形成的具有一维通道结构的多孔金属有机骨架材料。其中铝离子和羟基的线性链(Al-OH-Al)被富马酸盐桥接，得到以[Al(OH)(O₂C-CH＝CH-CO₂)]为结构单元的三维正交结构。富马酸铝金属有机骨架材料具有较高的比表面积，表现出高水稳定性，在气体的储存和分离及水体污染物的吸附去除等领域具有很大的应用前景。

以下专利和公开文献报道了富马酸铝金属有机骨架材料的合成研究：

专利CN101448568A公开了一种富马酸铝金属有机骨架材料及其制备方法，将铝化合物(氯化铝、硫酸铝、硝酸铝等)和富马酸或其盐的反应混合物溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)有机溶剂中，在100-200℃条件下搅拌，过滤。将过滤出的固体依次用丙酮和甲醇洗涤5-6次，于100℃条件下真空干燥，得到白色预产物。

专利CN103140495A公开了一种制备基于富马酸铝的多孔金属有机骨架的方法。使用碱金属氢氧化物或多种不同碱金属氢氧化物的混合物作为碱，反应在具有碱性反应的含水溶剂中进行。具体将富马酸和碱共同溶解于水溶液中，将此混合液逐渐加入到铝化合物(氯化铝、硫酸铝、硝酸铝等)的水溶液中，在20-100℃条件下搅拌0.2-4h，形成白色悬浮液。将悬浮液过滤并用水洗涤数次，在100℃条件下干燥。

公开文献International Journal of Heat and Mass Transfer,2017,14:621-627.提到了一种富马酸铝金属有机骨架材料的合成方法。具体将氯化铝盐和富马酸共同溶解于DMF溶剂，在130℃条件下搅拌4天，离心分离。将得到的白色产物用丙酮和甲醇洗涤两次，于80℃条件下烘干，再于150℃条件下活化3h。

公开文献Materials Letters,2018,221.报道了一种富马酸铝金属有机骨架材料的绿色合成方法。具体将富马酸和氢氧化钠溶液共同溶解于水溶液中并搅拌混合均匀，然后将此混合溶液逐滴加入到硫酸铝盐的水溶液中，得到澄清溶液。澄清溶液置于90℃条件下搅拌加热60min，将得到的白色沉淀离心分离，并用去离子水洗涤三次，于80℃条件下真空干燥，得到白色粉末状富马酸铝金属有机骨架材料，再于150℃条件下真空活化6h。

发明内容

本发明申请人对现有技术深入分析后发现：

专利CN101448568A的方法能够合成富马酸铝金属有机骨架材料，但必须在例如N,N-二甲基甲酰胺(DMF)等高沸点有毒有机溶剂中合成。

专利CN103140495A的方法能够合成富马酸铝金属有机骨架材料，但合成体系中还需要额外添加碱金属氢氧化物。