一种金属有机骨架成型材料及其成型方法技术

本发明专利技术公开了一种金属有机骨架成型材料及其成型方法，通过配制适宜浓度的粘结剂溶液，使其尽可能最小化堵塞金属有机骨架材料里的孔的同时保持良好的粘接性能，然后将粘结剂溶液与金属有机骨架材料的悬浮液混合均匀，将基底膜置于该混合液中，使基底膜的表面能够均匀的附着上一层金属有机物骨架材料，最后取出均匀附着有金属有机骨架材料的基底膜浸入有机溶剂中，使金属有机骨架材料孔道里的水分子被置换出来，进而加强附着在基底上金属有机骨架材料的强度，最后得到比表面积大，机械强度高的金属有机骨架成型材料。由此解决现有技术的金属有机骨架材料成型工艺复杂、周期长、条件苛刻、成本高、比表面积损失严重等的技术问题。

Metal organic framework forming material and forming method thereof

The invention discloses a metal organic framework molding material and molding method thereof, prepared by appropriate binder concentration, making it possible to minimize clogging of the metal organic framework material in the hole while maintaining good adhesive properties, then the suspension mixed binder solution with the metal organic framework materials will be placed in the basement membrane evenly. In the mixed solution, the surface of the basement membrane can be evenly attached to a layer of metal organic framework materials, and finally remove the uniform attachment of basement membrane in organic solvent metal organic framework materials, so that the water molecules of metal organic frameworks in the channel is replaced, thereby strengthening adhesion on the substrate metal organic framework materials the strength of the large surface area, metal organic framework material with high mechanical strength. The utility model solves the technical problems of complicated forming process, long cycle, harsh condition, high cost and serious surface area loss of the metal organic framework material in the prior art.

【技术实现步骤摘要】
一种金属有机骨架成型材料及其成型方法
本专利技术属于新型功能材料领域，更具体地，涉及一种金属有机骨架成型材料及其成型方法。
技术介绍
近年来经济迅猛发展，由此产生的能源危机与环境污染不容忽视。现在对于一般污染物的净化采用吸附方法，但是传统吸附剂存在吸附量低、吸附速度慢、容易脱附造成二次污染等问题。近几年，国内外对于金属有机骨架材料研究较多。金属有机骨架材料是无机金属中心原子与有机官能团通过共价键或离子-共价键相互联接，共同构筑的具有规则孔道或孔穴结构的晶态多孔材料，作为一种新兴多孔材料，在吸附分离方面优势很大，然而其粉末状态的存在方式，给金属有机骨架材料的应用带来了很大挑战。金属有机骨架材料以其巨大的比表面积而著名，所以这种材料可以被应用在气体吸附，储存以及催化等多个方面，但是MOF(金属有机骨架)材料的一个局限性就是粉末状使其的优良性能无法发挥，比如粉末状的物体无法应用在过滤净化网方面，在不断有气体流动的情况下粉末会被吹走。MOF的成型使MOF材料得到推广的一条必经之路，所以MOF的成型工艺也有人在研究，比较广泛采用的成膜工艺是MOF材料的晶体自生长法，其实MOF材料的合成就是一种结晶的过程，这种方法只是提供了一个平台让MOF生长在基底上面，基底一般是多孔的二氧化硅，氧化铝，以及酸化的金之类的，这种方法有其自己的局限性：(1)合成周期长，MOF的结晶是一个比较缓慢的过程，我们既然要批量生产就必须考虑到时间成本；(2)控制条件复杂，仪器昂贵，MOF材料的合成是要在严格的实验条件下进行的，对温度、超声时长、各种化学药品的用量有很精确的控制，所以将合成与成型放在一步进行，有很大的局限性。其他的MOF材料成型工艺比如热压成型，MOF材料的比表面积损失严重。由此看来，探索一种行之有效的金属有机骨架材料的成型工艺，对于金属有机骨架成型材料的工业化制备及实际应用仍是一个时间紧迫且意义重大的任务。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种金属有机骨架材料的成型方法，其目的在于通过配制适宜浓度的粘结剂溶液，使其尽可能最小化堵塞金属有机骨架材料里的孔的同时保持良好的粘接性能，然后将粘结剂溶液与金属有机骨架材料的悬浮液混合均匀，将基底膜置于该混合液中，使基底膜的表面能够均匀的附着上一层金属有机物骨架材料，最后取出均匀附着有金属有机骨架材料的基底膜浸入有机溶剂中，使金属有机骨架材料孔道里的水分子被置换出来，进而加强附着在基底上金属有机骨架材料的强度，最后得到比表面积大，机械强度高的金属有机骨架成型材料。由此解决现有技术的金属有机骨架材料成型工艺复杂、周期长、条件苛刻、成本高、比表面积损失严重等的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种金属有机骨架成型材料的成型方法，包括如下步骤：(1)配制粘结剂溶液：将粘结剂溶于水中，搅拌，得到混合均匀的粘结剂溶液；(2)配制金属有机骨架材料的悬浮液：将金属有机骨架材料加入水中，搅拌，得到所述金属有机骨架材料的悬浮液；(3)配制粘结剂和金属有机骨架材料的混合液：将步骤(1)得到的粘结剂溶液和步骤(2)得到的金属有机骨架的悬浮液混合，搅拌，超声，得到混合均匀的粘结剂和金属有机骨架材料的混合液；(4)制备金属有机骨架成型材料：将基底材料加入至步骤(3)获得的混合均匀的粘结剂和金属有机骨架材料的混合液中，超声分散，然后将基底材料转移至有机溶剂中浸泡、烘干。优选地，步骤(1)中所述粘结剂为海藻酸钠、淀粉浆、聚维酮、明胶、丙烯酸树脂、纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇、多水高岭土、玉米元、桃胶和/或单月桂酸脂中的一种或多种。优选地，步骤(1)中所述粘结剂为纤维素、聚乙烯醇或聚维酮。优选地，步骤(1)所述粘结剂溶液中粘结剂的浓度为100～1000ml/g。优选地，步骤(1)所述粘结剂溶液中粘结剂的浓度为500～700ml/g。优选地，步骤(1)所述搅拌为在200～1000rpm的转速下搅拌12～24h。优选地，步骤(2)所述有机骨架材料为由无机金属中心与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。优选地，步骤(2)所述有机骨架材料为Cu-BTC、ZIF-8、ZIF-67、UiO-66、MIL-101、MIL-53、IRMOF-5或IRMOF-10。优选地，步骤(2)所述金属有机骨架材料的悬浮液中金属有机骨架材料与水的质量比为1:10～100。优选地，步骤(2)所述搅拌为在200～1000rpm的转速下进行搅拌5～60min。优选地，步骤(3)所述粘结剂溶液与所述金属有机骨架材料悬浮液混合的体积比为1:0.1～1；步骤(3)所述搅拌为在20～40℃，转速200～1000rpm条件下搅拌5～60min；步骤(3)所述超声在20～40℃条件下超声5～60min。优选地，步骤(4)所述基底材料为聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚醚酰亚胺、纤维素、聚酯和/或丙烯酸中的一种或多种。优选地，步骤(4)所述超声分散为在20～40℃条件下超声5～60min。优选地，步骤(4)所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、乙腈、二甲亚砜、乙醚、丙酮、二甲基甲酰胺和/或二甲基乙酰胺中的一种或几种。优选地，步骤(4)所述浸泡的时间为5～60min。优选地，步骤(4)所述烘干为在高于所述有机溶剂的沸点5～10℃的温度下进行干燥3～6h。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种金属有机骨架成型材料，所述金属有机骨架成型材料按照所述的成型方法制备得到。本专利技术通过首先分别配制合适浓度的粘结剂溶液和金属有机骨架材料悬浮液，然后混合，液液混合可以保证粘结剂与金属有机骨架材料充分接触；再取基底膜浸泡于混合液中，超声得到表面附着均匀金属有机骨架材料的基底膜，将基底膜浸泡于有机溶剂中，烘干，得到表面附着均匀的金属有机骨架粉末材料的成型材料。本专利技术的成型方法不仅可以得到均匀致密的成型材料，而且可以广泛运用到吸附，过滤，催化等应用中，使金属有机骨架材料的优良性能得到进一步发挥。本专利技术通过摸索合适的粘结剂浓度，并通过充分溶解，使得在该浓度下粘结剂溶液尽可能最小化堵塞金属有机骨架材料里的孔的同时保持良好的粘接性能，然后在混合均匀的体系中，使基底膜的表面能够均匀的附着上一层金属有机物骨架材料，另外通过将表面均匀附着金属有机骨架材料的基底材料浸入有机溶剂中可以使金属有机骨架材料孔道里的水分子被置换出来，使金属有机骨架材料的粉末能够牢靠的黏附在基底膜上，浸泡过程加强了附着在基底上金属有机骨架材料的强度。本专利技术的金属有机骨架材料成型方法通过各步骤协同配合，最后制得了比表面积大，机械强度高的金属有机骨架成型材料。本专利技术金属有机骨架成型材料的制备工艺的竞争优势就是操作简单，合成周期短，可以批量生产，比表面积损失小。通过本专利技术的成型工艺，制备得到了一种金属有机骨架材料，其中金属有机骨架粉末材料借助于粘结剂均匀分散并固定粘结在疏松多孔的基底材料上，相对于现有技术的金属有机骨架粉末材料，本专利技术制备得到的金属有机骨架成型材料应用在过滤净化网方面，由于固定成型，应用前景广阔。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。(1)本专利技术提供了一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属有机骨架成型材料的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)配制粘结剂溶液：将粘结剂溶于水中，搅拌，得到混合均匀的粘结剂溶液；(2)配制金属有机骨架材料的悬浮液：将金属有机骨架材料加入水中，搅拌，得到所述金属有机骨架材料的悬浮液；(3)配制粘结剂和金属有机骨架材料的混合液：将步骤(1)得到的粘结剂溶液和步骤(2)得到的金属有机骨架的悬浮液混合，搅拌，超声，得到混合均匀的粘结剂和金属有机骨架材料的混合液；(4)制备金属有机骨架成型材料：将基底材料加入至步骤(3)获得的混合均匀的粘结剂和金属有机骨架材料的混合液中，超声分散，然后将基底材料转移至有机溶剂中浸泡、烘干。

【技术特征摘要】
1.一种金属有机骨架成型材料的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)配制粘结剂溶液：将粘结剂溶于水中，搅拌，得到混合均匀的粘结剂溶液；(2)配制金属有机骨架材料的悬浮液：将金属有机骨架材料加入水中，搅拌，得到所述金属有机骨架材料的悬浮液；(3)配制粘结剂和金属有机骨架材料的混合液：将步骤(1)得到的粘结剂溶液和步骤(2)得到的金属有机骨架的悬浮液混合，搅拌，超声，得到混合均匀的粘结剂和金属有机骨架材料的混合液；(4)制备金属有机骨架成型材料：将基底材料加入至步骤(3)获得的混合均匀的粘结剂和金属有机骨架材料的混合液中，超声分散，然后将基底材料转移至有机溶剂中浸泡、烘干。2.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，步骤(1)中所述粘结剂为海藻酸钠、淀粉浆、聚维酮、明胶、丙烯酸树脂、纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇、多水高岭土、玉米元、桃胶和/或单月桂酸脂中的一种或多种，所述粘结剂优选为纤维素、聚乙烯醇或聚维酮。3.如权利要求1或2所述的成型方法，其特征在于，步骤(1)所述粘结剂溶液中粘结剂的浓度为100～1000ml/g，优选为500～700ml/g。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述搅拌为在200～1000rpm的转速下搅拌12～24h。5.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，步骤(2)所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李松，卞磊，廖唯唯，孙悦，刘晓威，王千羽，王少颖，夏潇潇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42