一种铝基金属有机骨架纳米晶的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种铝基金属有机骨架纳米晶的制备方法及应用，该制备方法过程如下：将可溶性铝盐和有机配体加入到异丙醇中，磁力搅拌使其完全溶解，然后加入功能化助剂，继续搅拌至溶解；将反应液置于微波合成仪，先加热至第一温度并保持预定时间，再继续升温至第二温度并保温；最后将产物进行清洗、干燥，即可得铝基金属有机骨架纳米晶。本发明专利技术制备工艺安全环保，简单易操作；合成周期短且能耗低，适于规模化生产；制备出的铝基金属有机骨架纳米晶形貌规整，结构均一，性能优异，在空气净化系统和工业废气污染治理方面具有巨大的潜在应用价值。业废气污染治理方面具有巨大的潜在应用价值。业废气污染治理方面具有巨大的潜在应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种铝基金属有机骨架纳米晶的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及多孔晶体材料制备及空气污染净化
，具体涉及一种铝基金属有机骨架纳米晶的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]金属
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有机骨架(MOFs)是由金属离子或金属簇与有机配体通过桥连配位进行定向设计合成的一种新型多孔晶体材料。与传统多孔材料(活性炭、沸石分子筛等)相比，MOFs的显著特点在于其超高的比表面积、制备方法简单、结构设计可操作、孔径可调以及结构多样等特性，在气体存储、吸附及分离等领域展现出广阔的应用前景。然而，MOFs的生产成本居高不下，一些MOFs还使用有毒溶剂进行合成。
[0003]铝(Al)作为两性金属，其在性质上相对于其他主族元素具有独特的特征，所配位形成的铝基金属有机骨架材料展示出优良的化学稳定性以及热稳定性，其中MIL
‑
68(Al)的改良制备在近年来已引起研究学者的广泛关注。[J.Mater.Chem.,2012,22:10210]以及专利CN111569836A采用被列入致癌物清单的二甲基甲酰胺有机溶剂作为反应介质，反应需在130℃的高温下保持18h。[CrystEngComm,2013,15(45):9483
‑
9490]采用具有生殖毒性的四氢呋喃作为有机溶剂进行合成，需在60～80℃条件下反应长达3天。随后，专利CN106512948A及[Microporous Mesoporous Mater.,2021,316:110943]采用异丙醇作为反应介质，其作为一种常用的化工原料，更加安全也更适合于规模化生产，但合成温度高(120～150℃)和反应周期长(10～48h)，仍限制了其工业化扩大生产。因此，急需找到一种更优更环保的合成工艺来获得性能优异的铝基金属有机框架材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术的第一个目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种铝基金属有机骨架纳米晶的制备方法。
[0005]本专利技术的另一个目的是为了提供一种铝基金属有机骨架纳米晶的应用。
[0006]本专利技术的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0007]一种铝基金属有机骨架纳米晶的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0008]S1、将可溶性铝盐和有机配体以一定配比加入到异丙醇中，磁力搅拌使其充分溶解均匀，然后加入功能化助剂，继续搅拌至完全溶解，得到反应液；
[0009]上述步骤S1中使用价格低廉易得的异丙醇有机溶剂，相对于现有技术中二甲基甲酰胺和四氢呋喃，使得铝基金属有机骨架的生产过程更加安全环保，也更有利于其扩大化生产；同时上述功能化助剂的添加，通过影响晶体配位、成核及生长过程，在显著低于现有技术中合成铝基金属有机骨架温度的条件下，可获得规则的形貌结构，利于暴露更多可利用的活性作用位点，拥有更加优异的应用性能。
[0010]S2、将步骤S1得到的反应液转移至玻璃烧瓶中，放入微波合成仪，先加热至第一温度并保持预定时间，再继续升温至第二温度并保温，得到铝基金属有机骨架纳米晶的初产
物；
[0011]上述微波合成仪的加热方法，具有工艺简单，操作方便，微波功率可调，加热时间、温度等制备条件可控等特点，极大缩短反应时间，能耗显著降低，利于获得形貌规则、晶粒尺寸均匀等结构特征的铝基金属有机骨架。
[0012]S3、将步骤S2得到的样品进行洗涤，烘箱干燥，即可得到铝基金属有机骨架纳米晶。
[0013]上述技术方案中，优选地，步骤S1中可溶性铝盐为硝酸铝或氯化铝；有机配体为对苯二甲酸；功能化助剂为甲酸钠、苯甲酸、邻/间苯二甲酸中的至少一种。在铝基金属有机骨架的合成中引入功能化助剂，调控晶体配位，促使纳晶化生长，促使更多活性作用位点充分暴露。
[0014]上述技术方案中，优选地，步骤S1中可溶性铝盐和对苯二甲酸的摩尔比为(0.6～1.5)：1；功能化助剂与对苯二甲酸的摩尔比为1：(0.5～1)；异丙醇的用量为：可溶性铝盐在异丙醇中的浓度为60～130g/L。精确调控功能化助剂用量，获得形貌规则且性能优异的铝基金属有机骨架纳米晶。
[0015]上述技术方案中，优选地，步骤S2中第一温度为40～60℃，在第一温度保持的预定时间为10～30min；加热至第一温度的升温速率为1～40℃/min。
[0016]上述技术方案中，优选地，步骤S2中第二温度为70～90℃，在第二温度保持的预定时间为10～50min；加热至第二温度的升温速率为1～30℃/min。基于晶体成核生长机制，通过多段控温合成，促进铝基金属有机骨架纳米晶的形成。
[0017]上述技术方案中，优选地，步骤S3中洗涤过程如下：先用异丙醇、再用去离子水进行洗涤。相对于现有技术中以二甲基甲酰胺、甲醇等有机溶剂为主的洗涤方式，本专利技术采用更加安全、环保的异丙醇和去离子水即可实现产物提纯，同时大幅削减合成过程中的溶剂使用成本。
[0018]上述技术方案中，优选地，步骤S3中用异丙醇的洗涤次数为2～4次，用去离子水的洗涤次数为2～4次。
[0019]上述技术方案中，优选地，步骤S3中干燥温度为80～120℃；干燥时间为8～15h。
[0020]以上中间制备过程中的技术手段和实施条件都是通过反复试验研究得出，根据上述技术手段和实施条件，可以得出具有消除甲醛效果最佳的铝基金属有机骨架纳米晶。
[0021]本专利技术的另一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0022]一种由上述方法制备得到的铝基金属有机骨架纳米晶，将该铝基金属有机骨架纳米晶应用于对室内空气中甲醛的去除，尤其是应用于空气净化系统和工业废气污染治理方面。
[0023]本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0024](1)本专利技术提供了一种微波辅助快速合成铝基金属有机骨架的方法，反应周期显著缩短，且合成温度明显降低；同时价格低廉易得的异丙醇溶剂替代具有致癌性、有毒的二甲基甲酰胺和四氢呋喃，可满足绿色环保的要求，并显著降低生产成本，利于扩大化生产。
[0025](2)本专利技术通过在铝基金属有机骨架的合成过程中引入功能化助剂，影响其配位键形成、晶体成核及生长过程，获得了具有规则形貌结构且晶粒显著细化的铝基金属有机骨架纳米晶，能够暴露更多可利用活性位点，从而显著改变和提升其应用性能。
[0026](3)本专利技术制备的铝基金属有机骨架纳米晶能够快速消除甲醛，性能优异，在空气净化系统和工业废气污染治理方面具有巨大的潜在应用价值。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施例1制备的铝基金属有机骨架材料、实施例2和实施例3制备的铝基金属有机骨架纳米晶的粉末XRD谱图；
[0028]图2是本专利技术实施例1制备的铝基金属有机骨架材料的扫描电镜图；
[0029]图3是本专利技术实施例3制备的铝基金属有机骨架纳米晶的扫描电镜图；
[0030]图4是本专利技术实施例1制备的铝基金属有机骨架材料和实施例3制备的铝基金属有机骨架本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝基金属有机骨架纳米晶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：S1、将可溶性铝盐和有机配体以一定配比加入到异丙醇中，磁力搅拌使可溶性铝盐和有机配体充分溶解均匀，然后加入功能化助剂，继续搅拌至完全溶解，得到反应液；S2、将步骤S1得到的反应液转移至玻璃烧瓶中，放入微波合成仪，先加热至第一温度并保持预定时间，再继续升温至第二温度并保温，得到铝基金属有机骨架纳米晶的初产物；S3、将步骤S2得到的铝基金属有机骨架纳米晶的初产物进行洗涤，烘箱干燥，得到铝基金属有机骨架纳米晶。2.根据权利要求1所述的铝基金属有机骨架纳米晶的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述可溶性铝盐为硝酸铝或氯化铝；所述有机配体为对苯二甲酸；所述功能化助剂为甲酸钠、苯甲酸、邻苯二甲酸中的至少一种。3.根据权利要求2所述的铝基金属有机骨架纳米晶的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述可溶性铝盐和对苯二甲酸的摩尔比为(0.6～1.5)：1；所述功能化助剂与对苯二甲酸的摩尔比为1：(0.5～1)；所述异丙醇的用量为：可溶性铝盐在异丙醇中的浓度为60～130g/L。4.根据权利要求1所述的铝基金属有机骨架...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨草，李少杰，王剑，林辉，吕斯濠，
申请(专利权)人：华工同创深圳新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：