一种无粘结剂MIL-100Cr成型的方法技术

本发明专利技术涉及金属有机框架材料MIL‑100Cr的成型领域，具体是一种无粘结剂MIL‑100Cr成型的方法。包括以下步骤：首先将MIL‑100Cr粉末与水均匀混合后通过制丸机成球，然后将球体置于220℃烘箱中加热处理8 h，获得MIL‑100Cr球体。本发明专利技术在未加入任何粘结剂的情况下，充分利用MIL‑100Cr材料的自粘结性成功实现了MIL‑100Cr的成型，该方法弥补了MIL‑100Cr成型技术短缺的问题，而且在成型过程中未添加任何粘结剂，最大限度上保留了材料的气体吸附分离性能，具有极大的工业应用前景，而且对其他金属有机骨架材料的成型具有较大的指导作用。

【技术实现步骤摘要】
一种无粘结剂MIL-100Cr成型的方法
本专利技术涉及金属有机框架材料MIL-100Cr成型领域，具体是一种无粘结剂MIL-100Cr成型的方法。
技术介绍
在众多金属有机框架材料中，具有不饱和金属位点的MOFs材料一直是研究的重点，由于不饱和金属位和气体之间的强相互作用，该类MOFs材料往往具有较好的气体吸附分离性能。其中由两个大小不同的孔笼堆积而成的三维空间结构MIL-100Cr一直是研究的重点，该材料经高温高真空处理后，金属中心配位的水分子会被充分脱除进而产生约为1.1-2.6mmol·g-1的不饱和金属位点，研究表明MIL-100Cr中不饱和金属位点对N2具有较强的亲和力，常温常压下N2的吸附量大于CH4，该材料在天然气脱氮，空气分离等方面具有较大的应用前景。目前实验室合成得到的MIL-100Cr材料为粉末晶体，如果直接装填到吸附床，会大大降低待分离气体在床层内的流动速度，降低处理效率，而且粉体吸附剂容易随气体流出吸附床，不仅会造成吸附剂的流失，还会造成粉尘污染，所以MIL-100Cr的成型是其工业化应用的重要步骤。当前粉体吸附剂成型技术在分子筛材料领域的研究比较成熟，其主要是利用添加粘结剂的方式来粘结成型，但是在研究MIL-100Cr材料成型时发现由于材料的密度较小，使用一般的粘结剂往往会对材料的吸附性能产生较大的影响，所以这种添加粘结剂成型的方式不利于最大限度的发挥材料的吸附分离性能。
技术实现思路
本专利技术在目前MIL-100Cr成型技术短缺，添加粘结剂弊端较大的前提下，提供一种无粘结剂MIL-100Cr成型的方法。目前最常用的金属有机框架材料成型的方法为添加粘结剂成型法，该方法借鉴分子筛的成型通过使用不同的粘结剂来达到粘结成型的目的，但是在调研现有的研究成果时发现，通过添加粘结剂这种方法往往会大幅度的降低金属有机框架材料的气体吸附分离性能，其原因主要是填加粘结剂后，由于金属有机框架材料热稳定性差，不能像分子筛那样经过高温处理的方法将粘结剂充分烧出，导致过多的粘结剂遗留到成型后的材料中，而相比于粘结剂金属有机框架材料的密度一般都较小，所以成型后的金属有机框架材料相比于原粉性能下降较大。MIL-100Cr成型的方法目前尚未见报道，在研究的过程中为了最大限度上保留成型后材料的吸附分离性能，专利技术人首先想到的是该材料是否具有自粘结性能，MIL-100Cr材料由铬和均苯三甲酸配位组装而成，而均苯三甲酸富含羧基，如果在高温下充分处理，羧基间可以脱水相互连接，其次在MIL-100Cr配位组装的过程中，缺陷的存在是必然的，所以材料中必然存在未完全连接的金属铬中心和羧基，加热处理同样可以促进材料中未完全配的的金属铬中心和羧基重新组装。基于以上的想法，专利技术人进行了一系列的验证，提供了如下技术方案：一种无粘结剂MIL-100Cr成型的方法，包括以下步骤：首先将MIL-100Cr粉末与水均匀混合后通过制丸机成球，然后将球体置于220℃烘箱中加热处理8h，获得MIL-100Cr球体。作为本专利技术技术方案的进一步改进，MIL-100Cr粉末与水的质量体积比为2:1。对本专利技术制备的成型后的MIL-100Cr球体样品的色泽、化学物理性能与未成型的原始粉体进行比较分析，结论：该方法成型得到的MIL-100Cr球体为深绿色球体，其比表面积与原始粉体相比并未明显下降，该球体的N2、CH4和N2/CH4选择性相比于原始粉体下降并不明显，而且当MIL-100Cr粉末与水的质量体积比为2:1时，该球体硬度达到28N，具有良好的机械强度。进一步，本专利技术对MIL-100Cr粉体和成型后球体的表面积进行了计算，其详细数据见表1。表1表中SL:朗格缪尔表面积；SBET:比表面积；另外，专利技术人将50gMIL-100Cr粉体和不同体积的水均匀混合，然后通过制丸机成球，将得到的球体放入220℃烘箱中加热处理8h，按照表2各参数分别进行处理，样品的硬度见下表2。表2序号H2O加入量/mLMIL-100Cr粉体加入量/g硬度112.55015N2255028N3505017N进一步，专利技术人将50gMIL-100Cr粉体分别和25mL水、25mL乙醇、25mL甲醇均匀混合，然后通过制丸机成球，将得到的球体放入220℃烘箱中加热处理8h，按照表2各参数分别进行处理，样品的硬度表见下表3。表3序号溶剂溶剂加入量/mLMIL-100Cr粉体加入量/g硬度1水255028N2乙醇255013N3甲醇255011N本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：本专利技术在未加入任何粘结剂的情况下，充分利用MIL-100Cr材料的自粘结性成功实现了MIL-100Cr的成型，该方法弥补了MIL-100Cr成型技术短缺的问题，而且在成型过程中未添加任何粘结剂，最大限度上保留了材料的气体吸附分离性能，具有极大的工业应用前景，而且对其他金属有机骨架材料的成型具有较大的指导作用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为该成型方法的原理示意图。图中所用浅绿色粉末在成型前未经过其他处理，成型所用的水为蒸馏水，所用的制丸机为可倾式多功能制丸机，成型得到的球体直径约为2mm。图2为x-射线衍射仪对本专利技术所制备的MIL-100Cr球体进行晶体物相分析的XRD图谱(assynthesized)与原始粉体的XRD图谱(simulated)对比示意图。图中显示两者的XRD衍射峰的主要峰位置都一致，而且峰强相差不大，这说明本专利技术在成型过程中未对MIL-100Cr粉体材料造成破坏。图3本专利技术所制备的MIL-100Cr球体氮吸附与原始粉体MIL-100Cr产品氮吸附对比图。图中显示使用本专利技术所制备的MIL-100Cr球体比表面积与原始粉体比表面积基本相同，进一步说明该成型方法对原始粉体材料未造成破坏。图4为本专利技术所制备的MIL-100Cr球体常温N2吸附与原始粉体MIL-100Cr产品常温N2吸附对比图，从吸附等温线可以看出，与原始粉体相比，成型后球体的N2吸附量略有下降，可能是由于成型后球体活化不充分导致。图5为本专利技术所制备的MIL-100Cr球体常温CH4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无粘结剂MIL-100Cr成型的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n首先将MIL-100Cr粉末与水均匀混合后通过制丸机成球，然后将球体置于220 ℃烘箱中加热处理8 h，获得MIL-100Cr球体。/n

【技术特征摘要】
1.一种无粘结剂MIL-100Cr成型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先将MIL-100Cr粉末与水均匀混合后通过制丸机成球，然后将球体置于220℃烘箱中加热处理8h...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨江峰，张飞飞，李晋平，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14