[发明专利]一种用于CO2

说明书

本发明一种用于COsubgt;2/subgt;/Nsubgt;2/subgt;吸附分离的MOF基复合材料吸附剂的制备方法及其应用。该方法通过在材料UiO‑66‑(OH)subgt;2/subgt;中加入氧化石墨烯(GO)原位合成了高稳定性的UiO‑66‑(OH)subgt;2/subgt;/GO复合材料，该复合吸附剂的物理性质更为稳定、吸附效率更高且循环性能也更好。本发明吸附剂中选择的Uio系列MOFs材料具有良好的水热稳定性，其中UiO‑66‑(OH)subgt;2/subgt;/GO具有较高的BET表面积和微孔体积，且该吸附剂具有良好的吸附分离性能。

【技术领域】

本发明属于吸附材料的技术领域，具体涉及一种MOF基复合材料吸附剂用于CO₂/N₂吸附分离的研究。

【背景技术】

大气中温室气体的积累逐年增加，温室气体导致的全球变暖已经成为世界范围内的热门话题。经济发展与能源、环境能否实现完美平衡，逐渐成为人们关注的焦点。以CO₂为主的温室气体积累逐年增加。碳捕获与封存技术被认为是显著减少人为CO₂排放的可行策略。固体吸附剂对CO₂的吸附已经得到了广泛的研究。到目前为止，已有大量多孔材料作为吸收剂进行研究和引进，包括沸石、活性炭、金属氧化物分子筛、活性氧化铝、碳纳米管、高分子树脂和多孔金属有机骨架材料。

MOFs材料的多孔性、结构可调性和可修饰性使其在气体吸附、分离和储存方面具有很大的发展潜力。MOFs有几种类型:MIL系列，ZIF系列，IRMOFs，PCNs和UiO系列。UiO系列是MOFs中最优秀的酸碱水热稳定性金属骨架材料。其中，UiO-66在MOFs中有机配体与金属团簇的配位数最高。UiO-66具有良好的热稳定性，可承受500℃的高温，并具有抗DMF、水、丙酮等小分子侵蚀的化学稳定性。UiO-66具有良好的气体吸附分离性能。

氧化石墨烯(GO)由二维共价键和碳原子组成，基面和边缘上有各种氧官能团。在这些含氧官能团的作用下，氧化石墨烯可被小分子或聚合物插层或剥离，有效提高复合材料的性能。氧化石墨烯薄片中含有大量含氧官能团，是形成均匀稳定复合材料的最佳起始材料。特别是氧化石墨烯和MOFs基复合材料由于其独特的性能而得到了广泛的研究。

本发明通过在材料UiO-66-(OH)₂中加入氧化石墨烯(GO)原位合成了高稳定性的UiO-66-(OH)₂/GO复合材料。与UiO-66-(OH)₂吸附剂相比，复合吸附剂的物理性质更为稳定、吸附效率更高且循环性能也更好。

【发明内容】

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种用于CO₂/N₂吸附分离的MOF基复合材料吸附剂的制备方法及其应用。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

氧化石墨烯(GO)的合成：

采用改进的Hummers法合成了氧化石墨烯。将5g石墨加入到含有100mL浓H₂SO₄的三口烧瓶中，在4℃下连续搅拌30min。然后慢慢加入2g无水NaNO₃和13gKMnO₄，用力搅拌150min。将三口烧瓶转移至35℃水浴中，持续搅拌，缓慢加入190ml超纯水。温度升高到90℃后，加入35ml质量分数为30％的H₂O₂溶液和280ml超纯水，结束氧化过程。静置24h后，保留沉淀，用1％盐酸水溶液清洗GO，直至用Bacl₂溶液滴加上清液无沉淀。再用去离子水清洗合成的GO，直至GO的pH值为6左右。将GO放入鼓风干燥箱中40℃干燥后，得到氧化石墨烯产品。

UiO-66-(OH)₂的合成：