一种吸附二氧化碳的方法技术

本发明专利技术涉及一种吸附二氧化碳的方法，其包括如下步骤：通过微波和超声波同步照射合成制备金属有机框架，将四(4

【技术实现步骤摘要】
一种吸附二氧化碳的方法


[0001]本专利技术涉及气体吸附，更具体地涉及一种吸附二氧化碳的方法。

技术介绍

[0002]工业生产造成了大量二氧化碳(CO2)的排放，使得大气中的CO2浓度迅速增加，加剧了温室效应。因此，人们对碳捕获和封存技术以及从大气中消除痕量CO2进行了大量研究。多孔材料(如介孔二氧化硅、碳基吸附剂、沸石和金属有机框架(MOFs))由于具有再生能量较低、吸附能力较强、加工方便和环保等优点，目前广泛应用于CO2捕获。MOFs是由有机配体连接金属离子/团簇组成的三维多孔晶体材料。合成MOFs的方法包括溶剂热、超声化学、微波、电化学和机械化学等方法，其中溶剂热法是合成MOFs的最常见方法。不过溶剂热法需要加热，能耗较高，且合成中溶剂往往带有毒性。而且已知的MOFs用于吸附CO2的吸附量较小。

技术实现思路

[0003]为了解决上述现有技术中的MOFs用于吸附CO2的吸附量较小等问题，本专利技术提供一种吸附二氧化碳的方法。
[0004]根据本专利技术的吸附二氧化碳的方法，其包括如下步骤：S1，通过微波和超声波同步照射合成制备金属有机框架，将四(4
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羧基苯基)卟啉(TCPP)固定到金属有机框架(MOFs)中，得到分级多孔金属有机骨架纳米粒子，该分级多孔金属有机骨架纳米粒子具有连续可调的介孔孔道并固定有TCPP；S2，通过分级多孔金属有机骨架纳米粒子对CO2进行选择性吸附。
[0005]优选地，分级多孔金属有机骨架纳米粒子的介孔体积为0.08m3/g。
>[0006]优选地，分级多孔金属有机骨架纳米粒子还具有微孔孔道。在一个优选的实施例中，微孔体积为0.34m3/g。
[0007]优选地，在步骤S1中，TCPP通过共组装一步合成法固定到分级多孔金属有机骨架纳米粒子的孔壁中，得到的分级多孔金属有机骨架纳米粒子具有连续可调的介孔孔径。
[0008]优选地，在步骤S1中，通过微波和超声波同步照射(SMUI)合成分级多孔金属有机骨架纳米粒子。通过微波和超声波的协同作用，反应速度快、产率更高、颗粒形状均匀、相纯度高，是一种高效、经济、环保的合成加工方法。
[0009]优选地，SMUI的时间不超过10分钟。在10分钟内即可合成固定有TCPP的分级多孔金属有机骨架纳米粒子，可以节省大量的时间和成本。
[0010]优选地，微波功率为40
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60瓦。在一个优选的实施例中，微波功率为50瓦。
[0011]优选地，超声波功率为80
‑
120瓦。在一个优选的实施例中，超声波功率为100瓦。
[0012]优选地，在步骤S1中，利用嵌段共聚物PEO
106
PPO
70
PEO
106
(F127)作为模板剂导向金属有机框架(Ce
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UiO
‑
66MOFs)的形成。
[0013]优选地，将嵌段共聚物F127搅拌溶解于去离子水中，添加高氯酸钠和乙酸，超声溶解；然后添加硝酸铈铵、2
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氨基对苯二甲酸和TCPP，搅拌分散；微波和超声波同步照射
(SMUI)；经过离心分离、洗涤、活化、干燥后得到固定有TCPP的介孔尺寸可调的分级多孔金属有机骨架纳米颗粒(CUT)。在一个优选的实施例中，将100mg的F127溶解于6mL去离子水中形成F127溶液；加入0.3mL的乙酸和500mg的NaClO4·
H2O，搅拌分散；此后，将548mg的硝酸铈铵、165mg的2
‑
氨基对苯二甲酸和12mg的TCPP搅拌分散于上述溶液；随后，将溶液转移至25mL双颈Pyrex烧瓶中进行SMUI处理，依次打开超声波和微波源，并在回流冷凝的条件下照射；离心分离混合物得到固体产物；接着用去离子水、N,N
‑
二甲基甲酰胺、无水乙醇洗涤材料，并将材料在60℃下浸泡于无水乙醇中48h，期间不断更换乙醇，将材料孔道中的F127全部去除；最后，将产物在60℃下真空干燥12小时，得到最终产物CUT。
[0014]优选地，在步骤S2中，CO2通过物理吸附吸附在分级多孔金属有机骨架纳米粒子上。
[0015]优选地，在步骤S2中，CO2在加压条件下吸附在分级多孔金属有机骨架纳米粒子上。在一个优选的实施例中，在1bar下CUT具有最大的CO2吸附容量。
[0016]优选地，在步骤S2中，分级多孔金属有机骨架纳米粒子通过TCPP具有提高的CO2选择性。在一个优选的实施例中，CO2/N2选择性为34.2。
[0017]优选地，分级多孔金属有机骨架纳米粒子通过TCPP具有提高的稳定性。
[0018]根据本专利技术的吸附二氧化碳的方法，利用微波和超声波同步照射的方式，快速、绿色和便捷地合成分级多孔金属有机骨架纳米粒子，能耗较低且时间较短，借助连续可调的介孔通道，分级多孔金属有机骨架纳米粒子的微孔能够大大改进CO2分子在MOF基体中的扩散性，利用固定的TCPP作为结合中心，TCPP中的具有路易斯碱性的氮原子能够增强对CO2分子的化学吸附，显著提高CO2吸附容量和CO2/N2选择性(即可以进行高容量和选择性吸附)。根据本专利技术的吸附二氧化碳的方法，分级多孔金属有机骨架纳米粒子在273K、1bar条件下的二氧化碳吸附容量达到2.53mmol/g，CO2/N2选择性可达34.2，为降低再生能耗成本提供了有效途径。另外，根据本专利技术的吸附二氧化碳的方法，利用环保、安全且经济的水替代有害溶剂，具有显著的进步。
附图说明
[0019]图1是根据本专利技术的分级多孔金属有机骨架纳米粒子的制备简图。
[0020]图2是根据本专利技术的分级多孔金属有机骨架纳米粒子的扫描电镜图像(a)和局部放大图(b)。
[0021]图3是根据本专利技术的分级多孔金属有机骨架纳米粒子的XRD图像(a)和局部放大图(b)。
[0022]图4是根据本专利技术的分级多孔金属有机骨架纳米粒子的FTIR光谱图像(a)以及热重和差热分析图像(b)。
[0023]图5是根据本专利技术的分级多孔金属有机骨架纳米粒子的N2吸附等温线(a)和Brunauer
‑
Joyner
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Halenda(BJH)孔径分布图(b)。
[0024]图6是根据本专利技术的分级多孔金属有机骨架纳米粒子在273K的CO2等温吸附曲线(a)、N2等温吸附曲线(b)、CO2等温吸附热曲线(c)和根据理想溶液吸附理论计算的CO2/N2选择性曲线(d)。
具体实施方式
[0025]下面结合附图，给出本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述。
[0026]固定有TCPP的介孔尺寸可调的分级多孔金属有机骨架纳米颗粒的合成
[0027]在6mL去离子水中溶解100mg F127，形成F127溶液；在上述溶液中加入0.3mL乙酸和500mg的NaClO4·
H2O并搅拌至均匀；之后，将548mg的硝酸铈铵、16本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种吸附二氧化碳的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1，通过微波和超声波同步照射合成制备金属有机框架，将TCPP固定到金属有机框架中，得到分级多孔金属有机骨架纳米粒子，该分级多孔金属有机骨架纳米粒子具有连续可调的介孔孔道并固定有TCPP；S2，通过分级多孔金属有机骨架纳米粒子对CO2进行选择性吸附。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分级多孔金属有机骨架纳米粒子还具有微孔孔道。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，TCPP通过共组装一步合成法固定到分级多孔金属有机骨架纳米粒子的孔壁中，得到的分级多孔金属有机骨架纳米粒子具有连续可调的介孔孔径。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，微波和超声波同步照射的时间不超过10分钟。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨健，潘振宇，顾金楼，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：