用于生产金属有机骨架的方法技术

本公开的目的是在短时间内生产高质量的金属有机骨架。一种根据本公开的用于生产金属有机骨架的方法包括同时且连续地将离心力和剪切力施加到含有金属离子供体、多齿配位体和溶剂的调配物。溶剂的调配物。溶剂的调配物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产金属有机骨架的方法


[0001]本公开涉及一种用于生产金属有机骨架(MOF)的方法。

技术介绍

[0002]一类被称为金属有机骨架的物质在气体存储和气体分离等领域受到人们的关注。金属有机骨架是具有金属原子通过有机配位体相互交联的结构的化合物，并且通常具有孔隙。具有孔隙的金属有机骨架也被称为多孔配位聚合物(PCP)。
[0003]通常将例如溶液法、水热法、微波法和超声波法之类的液相合成方法用作生产金属有机骨架的方法。使用砂浆、球磨机等的固相合成方法也已经被使用。近年来，还报道了一种使用被称为挤压机的双轴混合设备合成金属有机骨架的方法。在此方法中，通过在足以合成金属有机骨架的长时间以及持续压力和剪切力的条件下混合含有特定金属离子供体的第一反应物和含有特定有机配位体的第二反应物来生产金属有机骨架(专利文献1)。引文列表专利文献
[0004][专利文献1]US 9,815,222 B2

技术实现思路

现有技术的问题
[0005]然而，本专利技术人发现，当使用上述方法时，有时难以在短的反应时间内合成高质量的金属有机骨架。因此，本专利技术的一个目的是提供一种用于在短时间内生产高质量的金属有机骨架的方法。问题的解决方案
[0006]本专利技术人为解决上述问题进行了深入研究。由此，本专利技术人发现了一种将常规上专门用于分散和/或雾化颗粒或液滴的技术应用于材料合成的新方法。
[0007]本专利技术的一些方面如下文所描述。[1]一种用于生产金属有机骨架的方法，其特征在于，包括：同时且连续地将离心力和剪切力施加到含有金属离子供体、多齿配位体和溶剂的调配物。[2]根据[1]所述的方法，其特征在于，对于所述金属离子供体和所述多齿配位体中的至少一个，所述溶剂是不良溶剂。[3]根据[1]或[2]所述的方法，其特征在于，基于所述金属离子供体和所述多齿配位体的总量，所述溶剂的量在重量百分比为30％至2000％的范围内。[4]根据[1]至[3]中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法在低于所述溶剂的正常沸点的温度下进行。[5]根据[1]至[4]中任一项所述的方法，其特征在于，在将选自由干燥空气、氩气、氮气和氧气组成的群组的至少一种气体供应到反应容器中的同时进行所述方法。[6]根据[1]至[5]中任一项所述的方法，其特征在于，通过在反应容器内使旋转刀
片旋转以搅拌所述调配物来产生所述离心力，以及所述剪切力由于所述搅拌而通过所述调配物与所述反应容器的内壁之间的接触产生，或由于所述搅拌而通过构成所述调配物的颗粒之间的接触产生。[7]根据[1]至[6]中任一项所述的方法，其特征在于，通过薄膜旋流混合方法将所述离心力和所述剪切力施加到所述调配物。[8]根据[1]至[7]中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属有机骨架是多孔配位聚合物。本专利技术的有利效果
[0008]本专利技术使得有可能在短时间内生产高质量的金属有机骨架。
附图说明
[0009]图1是示意性地示出根据本专利技术的方面的在生产方法中使用的反应器的实例的横截面视图。
[0010]图2是示意性地示出根据本专利技术的另一方面的在生产方法中使用的反应器的实例的横截面视图。
具体实施方式
[0011]下文将描述根据本专利技术的实施例的生产方法。当参考图式时，将相同的附图标记给予呈现相同或类似功能的组件，并且将省略重复描述。
[0012]一种根据本公开的实施例的用于生产金属有机骨架的方法包括同时且连续地将离心力和剪切力施加到含有金属离子供体、多齿配位体和溶剂的调配物。所述生产方法可包括以下步骤：制备含有金属离子供体、多齿配位体和溶剂的调配物；以及在同时且连续地将离心力和剪切力施加到调配物时混合调配物。替代地，此生产可通过将包括上文所提及的调配物的材料依次添加到反应器中来进行。
[0013]对要生产的金属有机骨架(MOF)的类型没有特定限制。将金属离子的类型和配位数与多齿配位体的类型和拓扑结构适当结合，可以得到具有所需结构的MOF。MOF可以含有两种或更多种类型的金属元素，并且可以含有两种或更多种类型的多齿配位体。MOF可以进一步含有单齿配位体。MOF可以是多孔的。换句话说，MOF可以是多孔配位聚合物(PCP)。
[0014]MOF的特定实例包括在以下文献中列出的那些：参考1：Yabing He等人，金属有机骨架中的甲烷存储(Methane Storage in Metal
‑
Organic Frameworks)，《化学学会评论》，2014年参考2：Jarad A.Mason等人，评估天然气存储的金属有机骨架(Evaluating metal
‑
organic frameworks for natural gas storage)，化学科学，2014年5月，第32
‑
51页参考3：WO2019/026872
[0015]如上文所描述，用作MOF的原料的调配物含有金属离子供体、多齿配位体和溶剂。作为金属离子供体和多齿配位体，任何物质只要适合作为合成MOF的组合都可以使用。
[0016]金属离子供体的金属元素可以是例如属于碱金属(第1族)、碱土金属(第2族)或过渡金属(第3族至第12族)的任何元素。金属元素通常选自由以下组成的组：镁、钙、铁、铝、锌、铜、镍、钴、锆和铬。金属离子供体可含有多个金属元素。替代地，可以组合使用含有不同
金属元素的多个金属离子供体。
[0017]作为金属离子供体，通常使用金属盐。金属离子供体可以是有机盐或无机盐。金属离子供体通常选自由以下组成的组：氢氧化物、碳酸盐、乙酸盐、硫酸盐、硝酸盐和氯化物。可以组合使用含有相同金属元素的多个金属离子供体。
[0018]多齿配位体通常是有机多齿配位体并且优选地选自由以下组成的组：羧酸负离子、胺化合物、磺酸负离子、磷酸根负离子和杂环化合物。羧酸负离子的实例包括二羧酸负离子和三羧酸负离子。特定实例包括柠檬酸、苹果酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、苯均酸和其衍生物的负离子。杂环化合物的实例包括联吡啶、咪唑、腺嘌呤和其衍生物。
[0019]以上调配物中含有的溶剂的类型不受特定限制，并且可使用一般用于合成MOF的溶剂。然而，对于金属离子供体和多齿配位体中的至少一个，所述溶剂可优选地是不良溶剂。在此类配置下，调配物不会变成完全溶液，但会变成半固体，通常是其中有固体残留的浆液。这使得有可能更有效地对上文提及的调配物施加离心力和剪切力，这将稍后描述。此处，对于物品来说，术语“不良溶剂”意指在25℃和大气压下物品在溶剂中的溶解度为1g/50mL(＝20g/L)或更小。可使用的溶剂的实例包括水、例如甲醇和乙醇之类的醇、例如甲酸和乙酸之类的羧酸、例如N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)和N,N
‑
二乙基甲酰胺(DEF)之类的酰胺以及例如乙酸乙酯之类的酯。还可以使用多种溶剂的混合物。
[0020]基于金属离子供体和多齿配位体的总量的溶剂的量例如在重量百分比为30％至20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生产金属有机骨架的方法，其特征在于，包括：同时且连续地将离心力和剪切力施加到含有金属离子供体、多齿配位体和溶剂的调配物。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述金属离子供体和所述多齿配位体中的至少一个，所述溶剂是不良溶剂。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，基于所述金属离子供体和所述多齿配位体的总量，所述溶剂的量在重量百分比为30％至2000％的范围内。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法在低于所述溶剂的正常沸点的温度下进行。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在将选自由干...

【专利技术属性】
技术研发人员：浅利大介，片冈大，
申请(专利权)人：阿特密斯株式会社，
类型：发明
国别省市：