一种HP-UIO-66-NH2/纤维素复合气凝胶材料的制备及在吸附CO2中的应用制造技术

本发明专利技术属于有机气凝胶材料制备领域，涉及一种HP

【技术实现步骤摘要】
一种HP
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UIO
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66
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NH2/纤维素复合气凝胶材料的制备及在吸附CO2中的应用


[0001]本专利技术属于有机气凝胶材料制备领域，具体涉及一种多级孔UIO
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66
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NH
2 (HP
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UIO
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66
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NH2)/纤维素复合气凝胶材料的可控制备及在CO2吸附中的应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]随着全球人口的增长和能源消耗的急剧增加，过度的二氧化碳排放已经造成了严重的环境问题，如全球变暖和海洋酸化，这对人们的生活造成了灾难性的影响。自十九世纪初以来，大气中的CO2浓度急剧上升，有降低大气CO2浓度是一个亟待解决的问题。鉴于化石燃烧在未来几十年仍将是主要的能源来源，利用适当的碳捕获和储存(CCS)技术降低大气中的二氧化碳浓度变得至关重要。
[0004]迄今为止，金属有机骨架(MOF)作为一种由金属和有机骨架组成的晶体多孔材料，由于具有超高比表面积、高孔隙率、丰富的活性中心和优异的热稳定性，已被广泛用于捕获CO2。开发了多种MOF，如HKUST
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1、UIO
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66、MIL
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102 和ZIF
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8，并在CO2吸附性能方面取得了很大进展。然而，MOF的粉末状态可能会导致颗粒团聚和机械稳定性差，这严重阻碍了其实际应用。为了解决这个问题，通过直接混合法或原位生长法将MOF与气凝胶结合是一种很好的方法。例如，在2018年，Zhang和他的同事通过将ZIF
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8与石墨烯气凝胶结合来制备混合气凝胶，以提高混合气凝胶的机械稳定性，并且显示出比纯ZIF
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8晶体更强的CO2吸收能力(0.99mmol g
‑1，298K，1bar)。然后，在2019年，Abdelhamid 等人通过将叶状沸石咪唑盐骨架结构(ZIF
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L)原位合成为纳米纤维素制备了混合气凝胶，其力学性能显著改善，杨氏模量为2.0MPa，并且具有良好的CO2吸附能力和CO2高选择性。然而，专利技术人发现：作为一种微孔材料，MOF的孔径有限，限制了CO2分子进入MOF内部，导致CO2分子只能与MOF表面的活性中心配位，从而导致MOF内部的活性中心对CO2的吸附无效。

技术实现思路

[0005]针对MOF/纤维素气凝胶在CO2吸附方面存在的问题，本专利技术提供了一种多级孔UIO
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66
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NH2(HP
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UIO
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NH2)/纤维素复合气凝胶材料的可控制备及在CO2吸附中的应用。选用ZrCl4、BDC
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NH2作为合成的前驱体，以一元羧酸(MA) 为孔径调节剂，控制MA的链长来调整HP
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MOF的孔径大小，通过原位生长和超临界CO2干燥制备了一系列HP
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UIO
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NH2/微晶纤维素复合气凝胶 (MC
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HUN
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X，X是MA中的碳原子数)。进而通过对CO2分子的吸附实验，优选出性能最优的复合气凝胶材料。本专利技术制备方法简单，制备得到的复合气凝胶材料具有稳定性高、可长期重复使用等优点，有望制成器具，用于工业化生产中。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术的第一个方面，提供了一种HP
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UIO
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66
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NH2/纤维素复合气凝胶材料的可控制备方法，包括：
[0008]将MC溶解在碱/尿素体系中，在水浴中形成微晶纤维素水凝胶；
[0009]将所述微晶纤维素水凝胶在DMF中进行溶剂交换，再浸泡在ZrCl4的DMF 溶液，然后，再加入调节剂，混合均匀后，再加入BDC
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NH2进行溶剂热反应，得到水凝胶，将所述水凝胶活化后，制成HP
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UIO
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66
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NH2/纤维素复合气凝胶，即得。
[0010]本专利技术设计了一种先进材料的新机制，以充分提高MOF内部活性中心的利用率。
[0011]本专利技术的第二个方面，提供了上述的方法制备的HP
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UIO
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NH2/纤维素复合气凝胶材料。
[0012]本专利技术的有益效果在于：
[0013](1)本专利技术针对目前气凝胶材料对CO2分子吸附效果低、MOF材料重复利用性差等问题，首次提出将HP
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UIO
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NH2与纤维素气凝胶进行复合，通过调节 MA的链长，得到不同孔径的HP
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UIO
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NH2/纤维素复合气凝胶，并对其进行CO2吸附性能测试。
[0014](2)本申请的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。
附图说明
[0015]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0016]图1是实施例1所得HP
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UIO
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NH2/纤维素复合气凝胶的光学照片。
[0017]图2是实施例1所得HP
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UIO
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NH2/纤维素复合气凝胶的SEM照片。
[0018]图3是实施例1所得HP
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UIO
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NH2/纤维素复合气凝胶的XRD谱图。
[0019]图4是实施例1所得HP
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NH2/纤维素复合气凝胶的N2吸脱附曲线。
[0020]图5是实施例1所得HP
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NH2/纤维素复合气凝胶对CO2的吸附性能测试。
[0021]图6是实施例1所得HP
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NH2/纤维素复合气凝胶对CH4的吸附性能测试。
[0022]图7是实施例1所得HP
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NH2/纤维素复合气凝胶对N2的吸附性能测试。
[0023]图8是实施例1所得HP
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种HP
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NH2/纤维素复合气凝胶材料的可控制备方法，其特征在于，包括：将MC溶解在碱/尿素体系中，在水浴中形成微晶纤维素水凝胶；将所述微晶纤维素水凝胶在DMF中进行溶剂交换，再浸泡在ZrCl4的DMF溶液，然后，再加入调节剂，混合均匀后，再加入BDC
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NH2进行溶剂热反应，得到水凝胶，将所述水凝胶活化后，制成HP
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UIO
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NH2/纤维素复合气凝胶，即得。2.如权利要求1所述的多级孔HP
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NH2/纤维素复合气凝胶材料的可控制备方法，其特征在于，所述调节剂MA的链长为038。3.如权利要求1所述的多级孔HP
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NH2/纤维素复合气凝胶材料的可控制备方法，其特征在于，所述MC、NaOH、尿素的质量比为0.5～0.6：0.6～0.7：1.2～1.5。4.如权利要求1所述的多级孔HP
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UIO
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NH2/纤维素复合气凝胶材料的可控制备方法，其特征在于，所述ZrCl4的DMF溶液的浓度为0.01530.02mmol/mL。5.如权利要求1所述的多级孔HP
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NH2/纤维素复合气凝胶材料的可控制备方法，其特征在于，所述ZrCl4、MA、BDC<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学晨，于诗摩，王翊任，徐子琪，吴士宁，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：