[发明专利]一种金属阳离子螯合型IL@MOF材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及多孔复合材料技术领域，具体的说，是一种金属阳离子螯合型IL@MOF材料及其制备方法与应用。所述制备方法包括咪唑和金属阳离子供体反应制备MIm，MIm和HDA制备离子液体[M(HDA)subgt;2/subgt;][Im]，Hsubgt;2/subgt;BDC和九水合硝酸铬制备MOF载体MIL‑101(Cr)，[M(HDA)subgt;2/subgt;][Im]和MIL‑101(Cr)制备最终的[M(HDA)subgt;2/subgt;][Im]@MIL‑101(Cr)(M＝Li/Na/K)复合材料。该金属阳离子螯合型IL@MOF材料对COsubgt;2/subgt;具有高吸附量，同时几乎不对Nsubgt;2/subgt;产生吸附，尤其适用于COsubgt;2/subgt;/Nsubgt;2/subgt;的选择性分离，本发明提供的制备方法具有操作简单，经济节约等优点。

技术领域

本发明涉及多孔复合材料技术领域，具体的说，是一种金属阳离子螯合型IL@MOF材料及其制备方法与应用。

背景技术

CO₂大量排放造成温室效应，捕获CO₂能够减少其对全球变暖和气候变化的影响，大气或烟道气中含有较多N₂，因此对大气或烟道气等中的CO₂的捕获涉及到CO₂/N₂的选择性分离。目前捕获CO₂的方法包括使用胺溶液吸收、低温蒸馏、胺基溶剂和有机-无机复合材料，工业上捕获CO₂主要是利用其与胺溶液反应，存在设备腐蚀、溶剂损失、操作不稳定等弊端。

金属-有机骨架材料(MOF)作为新型多孔吸附材料，具有高比表面积、高孔隙率、结构可调整性、热稳定性和化学稳定性等优点，可应用于CO₂的分离/捕获。基于离子液体(ILs)制备的MOFs复合材料，含有有机、不对称阳离子和有机/无机阴离子，具有可以忽略的蒸汽压、高CO₂溶解度、不可燃性和可调性等优点，ILs浸渍到MOF的结构中，形成IL@MOF复合材料，通过吸附研究证实其对气体具有优异的吸收或选择性性能。但用于吸附CO₂的传统离子液体通常存在分子间氢键，导致离子液体粘度较高，致使对CO₂的吸附量降低，因此有必要设计一种新型的IL@MOF复合材料，使其对CO₂具有优异的吸附性能，以满足行业对CO₂分离/捕获的要求。

发明内容

本发明提供一种金属阳离子螯合型IL@MOF材料及其制备方法与应用，该材料中的胺和金属阳离子配对，能够减小离子液体的粘度，增大自由体积，提高对CO₂的吸附量，在材料制备方面，本发明提供的制备方法具有操作简单，经济节约等优点。

为实现以上目的，本发明的技术方案如下：

一种金属阳离子螯合型IL@MOF材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将咪唑(Im)加热熔化，加入颗粒状的金属阳离子供体混合，剧烈搅拌后在100～120℃下反应3～5h，反应在敞口容器中进行以使生成的水蒸气挥发，反应结束后冷却至室温，得到黄色的固体产物，将固体产物依次使用去离子水、四氢呋喃和戊烷进行洗涤，然后在真空烘箱中进行真空干燥，得到黄色/橙色粉末(MIm)；

其中，所述金属阳离子供体包括氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾；

所述Im和金属阳离子供体的摩尔比为1:(1～1.2)；优选的，所述Im和金属阳离子供体的摩尔比为1:1；

所述MIm根据所使用的金属阳离子供体不同，对应为咪唑锂LiIm、咪唑钠NaIm或咪唑钾KIm，即M＝Li/Na/K。