一种多孔液体及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及多孔材料领域，特别是涉及一种多孔液体及其制备方法和用途。本发明专利技术提供一种多孔液体，包括流动相和分散于流动相中的MOFs材料，所述流动相包括聚硅氧烷，所述MOFs材料表面修饰有聚硅氧烷链段。发明专利技术所提供的多孔液体，可以通过各种MOFs材料构建，所述MOFs材料可以由不同的金属、配体构成，MOFs材料的孔道大小和孔道内部的官能团均可以进行调控，因此可以实现对基于MOFs的多孔液体内部孔道性质的调控，从而实现不同的吸附行为。

A porous liquid and its preparation method and Application

The invention relates to the field of porous materials, in particular to a porous liquid and its preparation method and use. The invention provides a porous liquid comprising a mobile phase and a MOFs material dispersed in the mobile phase, the mobile phase comprising a polysiloxane, and the MOFs material surface is modified with a polysiloxane chain segment. The porous liquid provided by the invention can be constructed by various MOFs materials. The MOFs materials can be composed of different metals and ligands. The pore size and functional groups in the channels of MOFs materials can be regulated. Therefore, the pore properties of the porous liquid based on MOFs can be regulated to achieve different adsorption behaviors.

【技术实现步骤摘要】
一种多孔液体及其制备方法和用途
本专利技术涉及多孔材料领域，特别是涉及一种多孔液体及其制备方法和用途。
技术介绍
气体的分离与纯化过程广泛存在于化学和石油工业的生产工作中，例如烟道气中二氧化碳的捕获和回收、沼气生产中二氧化碳的清除、炼厂干气中乙烷和乙烯的分离等。在各种气体分离的方法中，吸附分离法具有设备简单、能耗低、温度压力操作范围广等优点。然而为了实现高效的分离，吸附剂往往需要在在气体吸附量和选择性之间权衡，并且如何更好地将吸附剂集成到目前成熟的工业生产流程中也面临挑战，因此合成新型的高性能气体吸附剂材料受到大家的广泛关注。目前常用的气体分离吸附剂根据其物理状态可以分为固体吸附剂和液体吸附剂。相比于固体吸附剂，液态吸附剂具有许多优势，因为其流动性有利于气体吸附和再生过程的热扩散，并且可以通过搅拌、喷洒等手段减短气体的扩散路径。实际上，目前在工业中成熟的燃烧后二氧化碳捕获工艺中的使用的吸附剂即为液态有机胺溶液。固体吸附剂如多孔碳(porouscarbon)、分子筛(zeolites)、金属有机框架(metal-organicframeworks,MOFs)材料、共价有机框架材料(covalent-organicframeworks)、多孔高分子(porousorganicpolymers)和多孔分子固体(porousmolecularsolids)等是利用其内部的孔道吸附气体分子从而实现对气体的分离。由于这些材料内部孔道的化学性质非常多样，因此固体吸附剂具有非常丰富的吸附行为，而且其较低的吸附热有利于减少气体再生过程中的能耗。多孔液体(porousliquids)是一类新型的多孔材料，同时具有液体吸附剂的流动性和固体吸附剂的多孔性。多孔液体的概念最早由贝尔法斯特女王大学的James教授等于2007年提出，但是在获得流动性的同时保留材料的多孔性非常困难，其团队直到2015年才报道了首例基于多孔有机笼子的多孔液体。目前已有的多孔液体由于带孔材料的结构、官能团单一，无法体现出多孔材料所特有的吸附属性。另外，由于现有的多孔液体所采用的溶剂通常为冠醚、离子液体、聚电解质等，存在造价昂贵、蒸汽压高以及粘度大等缺点，无法达到工业液体吸附剂的需求。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种多孔液体及其制备方法和用途，用于解决现有技术中的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种多孔液体，包括流动相和分散于流动相中的MOFs材料，所述流动相包括聚硅氧烷，所述MOFs材料表面修饰有聚硅氧烷链段。在本专利技术一些实施方式中，所述聚硅氧烷选自聚二甲基硅氧烷、二甲基硅氧烷寡聚物、聚甲基苯基硅氧烷、聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物和环甲基硅氧烷中的一种或多种的组合。在本专利技术一些实施方式中，所述聚硅氧烷的分子量为300～10000Da，优选为300～2000Da。在本专利技术一些实施方式中，所述MOFs材料中的无机金属中心选自Zr、Zn、Ga、Nb、Al、Cr、Cu、Fe、Co、Ni、Ga、In、Ti、Hf、Mg中的一种或多种的组合。在本专利技术一些实施方式中，所述MOFs材料中的配体包括有机配体和/或无机配体，所述有机配体选自羧酸类配体和/或氮杂环类配体，所述无机配体选自六氟硅酸根离子和/或五氟氧铌根离子。在本专利技术一些实施方式中，所述MOFs材料的孔道大小为0.3～5nm，优选为0.3～1.5nm。在本专利技术一些实施方式中，所述MOFs材料的颗粒大小为20～5000nm，优选为50～1000nm。在本专利技术一些实施方式中，所述MOFs材料和流动相的重量比为1：0.5～10，优选为1：1～3。在本专利技术一些实施方式中，聚硅氧烷链段修饰层的厚度为0.5-10nm。在本专利技术一些实施方式中，所述MOFs材料选自UiO-66、UiO-67、UiO-68、MIL-53(Al、Fe、Cr)、MIL-101(Cr)、MIL-101(Al)、MIL-101(Fe)、MIL-68(In)、MIL-88(Al)、MIL-125、ZIF-7、ZIF-8、ZIF-9、ZIF-11、UMCM-1、MOF-46、BiO-MOF-1、BiO-MOF-11、BiO-MOF-12、BiO-MOF-13、BiO-MOF-14、Zn2(Atz)2、DMOF-1、HKUST-1、MAF-66、CPF-13、ZnF(Am2TAZ)、CAU-1、IRMOF-3、ZIF-96、MOF-74中的一种或多种的组合。在本专利技术一些实施方式中，所述聚硅氧烷链段包括与MOFs材料的配体相匹配的第一连接官能团，所述第一连接官能团与MOFs材料的配体形成共价键，所述第一连接官能团优选选自氨基、羟基、巯基、羧基、异氰基、卤素、环氧、烯烃基、叠氮基、炔烃基、酰氯基团、酰溴基团、酸酐基团中的一种或多种的组合。在本专利技术一些实施方式中，所述MOFs材料表面修饰有自由基聚合引发基团，所述聚硅氧烷链段包括能被自由基聚合引发基团引发聚合的第二连接官能团，所述第二连接官能团与自由基聚合引发基团通过自由基聚合形成碳碳共价键，所述聚硅氧烷链段通过自由基聚合引发基团修饰于MOFs材料表面。在本专利技术一些实施方式中，所述自由基聚合引发基团选自共价引入能引发自由基聚合的基团，所述共价引入能引发自由基聚合的基团包含第三连接官能团，所述第三连接官能团与MOFs材料的配体相配合，所述共价引入能引发自由基聚合的基团通过第三连接官能团修饰于MOFs材料表面，所述第三连接官能团优选选自酰氯、酰溴、羧基、叠氮中的一种或多种的组合，共价引入能引发自由基聚合的基团优选选自2-溴代异丁酰溴、5-降冰片烯-2-酰氯和4-氰基戊酸二硫代苯甲酸中的一种或多种的组合。在本专利技术一些实施方式中，所述自由基聚合引发基团选自非共价引入能引发自由基聚合的基团，所述非共价引入能引发自由基聚合的基团优选选自共聚物，所述非共价引入能引发自由基聚合的基团的分子量不小于500，所述非共价引入能引发自由基聚合的基团包括自由基引发基团和氢键基团，所述自由基引发基团选自氯代异丁酸酯、溴代异丁酸酯、碘代异丁酸酯、卤代烷、三硫酯、二硫酯及其衍生物、烷氧基胺和乙烯基中的一种或多种的组合，所述氢键基团选自羧基、磺酸基、磷酸基、氨基、硝基、羟基、酚羟基、酰胺和硼酸中的一种或多种的组合，提供自由基引发基团的单体优选选自丙烯酸脂类单体、甲基丙烯酸脂类单体、苯乙烯类单体中的一种或多种的组合，提供氢键基团的单体优选选自丙烯酸脂类单体、甲基丙烯酸脂类单体、苯乙烯类单体、乙烯酯类单体、乙烯基单体、烷基乙烯基醚类单体和丙烯腈类单体中的一种或多种的组合，所述非共价引入能引发自由基聚合的基团通过分子链之间的氢键、电荷作用力或者范德华作用力伴随着与MOFs材料之间的氢键、电荷作用力或者范德华作用力与MOFs材料表面进行结合。在本专利技术一些实施方式中，所述第二连接官能团选自丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基、乙烯酯和烷基乙烯基醚中的一种或多种的组合，所述聚硅氧烷链段优选选自丙烯酸酯封端的聚二甲基硅氧烷和/或甲基丙烯酸酯封端的聚二甲基硅氧烷。本专利技术另一方面提供所述的多孔液体的制备方法，包括：将修饰有聚硅氧烷链段的MOFs材料均匀分散于所述流动相中。在本专利技术一些实施方式中，所述修饰有聚硅氧烷链段的M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔液体，包括流动相和分散于流动相中的MOFs材料，所述流动相包括聚硅氧烷，所述MOFs材料表面修饰有聚硅氧烷链段。

【技术特征摘要】
1.一种多孔液体，包括流动相和分散于流动相中的MOFs材料，所述流动相包括聚硅氧烷，所述MOFs材料表面修饰有聚硅氧烷链段。2.如权利要求1所述的一种多孔液体，其特征在于，所述聚硅氧烷选自聚二甲基硅氧烷、二甲基硅氧烷寡聚物、聚甲基苯基硅氧烷、聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物和环甲基硅氧烷中的一种或多种的组合；和/或，所述聚硅氧烷的分子量为300～10000Da，优选为300～4000Da。3.如权利要求1所述的一种多孔液体，其特征在于，所述MOFs材料中的无机金属中心选自Zr、Zn、Ga、Nb、Al、Cr、Cu、Fe、Co、Ni、Ga、In、Ti、Hf、Mg中的一种或多种的组合；和/或，所述MOFs材料中的配体包括有机配体和/或无机配体，所述有机配体选自羧酸类配体和/或氮杂环类配体，所述无机配体选自六氟硅酸根离子和/或五氟氧铌根离子；和/或，所述MOFs材料的孔道大小为0.3～5nm，优选为0.3～1.5nm；和/或，所述MOFs材料的颗粒大小为20～5000nm，优选为50～1000nm；和/或，所述MOFs材料和流动相的重量比为1：0.5～10，优选为1：1～3；和/或，聚硅氧烷链段修饰层的厚度为0.5-10nm。4.如权利要求3所述的一种多孔液体，其特征在于，所述MOFs材料选自UiO-66、UiO-67、UiO-68、MIL-53(Al、Fe、Cr)、MIL-101(Cr)、MIL-101(Al)、MIL-101(Fe)、MIL-68(In)、MIL-88(Al)、MIL-125、ZIF-7、ZIF-8、ZIF-9、ZIF-11、UMCM-1、MOF-46、BiO-MOF-1、BiO-MOF-11、BiO-MOF-12、BiO-MOF-13、BiO-MOF-14、Zn2(Atz)2、DMOF-1、HKUST-1、MAF-66、CPF-13、ZnF(Am2TAZ)、CAU-1、IRMOF-3、ZIF-96、MOF-74中的一种或多种的组合。5.如权利要求1所述的一种多孔液体，其特征在于，所述聚硅氧烷链段包括与MOFs材料的配体相匹配的第一连接官能团，所述第一连接官能团与MOFs材料的配体形成共价键，所述第一连接官能团优选选自氨基、羟基、巯基、羧基、异氰基、卤素、环氧、烯烃基、叠氮基、炔烃基、酰氯基团、酰溴基团、酸酐基团中的一种或多种的组合。6.如权利要求1所述的一种多孔液体，其特征在于，所述MOFs材料表面修饰有自由基聚合引发基团，所述聚硅氧烷链段包括能被自由基聚合引发基团引发聚合的第二连接官能团，所述第二连接官能团与自由基聚合引发基团通过自由基聚合形成碳碳共价键，所述聚硅氧烷链段通过自由基聚合引发基团修饰于MOFs材料表面。7.如权利要求6所述的一种多孔液体，其特征在于，所述自由基聚合引发基团选自共价引入能引发自由基聚合的基团，所述共价引入能引发自由基聚合的基团包含第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，何三丰，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：上海,31