一种UiO-67负载纳米氧化铜材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种UiO

【技术实现步骤摘要】
一种UiO
‑
67负载纳米氧化铜材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于吸附剂材料及其制备
，更具体地，涉及一种锆基金属有机框架UiO
‑
67负载纳米氧化铜材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]由于能源部门的进展一直集中在零碳排放上，因此实施了二氧化碳捕获和储存(CCS)技术，即通过从燃煤发电厂的烟道气流中选择性吸附二氧化碳来降低尾气中的二氧化碳浓度。但是目前工业化应用的吸附剂为离子液体类吸附剂，其设备占地面积广、再生能源高、效率低等缺点使我们必须找到一个新的吸附剂去取代它。
[0003]金属有机框架(MOFs)是由有机连接剂和金属离子/团簇通过配位键组装而成的多孔材料。MOFs具有可调节的微孔尺寸和结构，是一种多功能的高效吸附二氧化碳的多孔材料。通过简单改变配体长度即可调节孔径大小，并通过各种官能团合理修饰孔道的结构来吸附二氧化碳。
[0004]UiO
‑
67在二氧化碳的吸附方面少有研究，虽然其具有较高的比表面积，但是由于其孔道内不存在开放的金属位点，导致其本身二氧化碳并不突出，但是其配体的易选择性及其骨架的高度机械稳定性，让其在配体修饰和高温改性方面有着得天独厚的优势。
[0005]将MOF与金属氧化物负载更是少有，Raja Das等人将MOF裂解后形成的CuO负载到活性炭中，其在298k下的二氧化碳吸附量为31.55cc/g。不止是活性炭，将尖型和球型的CuO负载到沸石
‑
Y上，其在298k下对二氧化碳吸附量分别为53cc/g和47.3cc/g。更有将共聚物PPB与CuO键合，其对二氧化碳的最佳吸附量为32.1cc/g。也有采用合成前修饰法，将咪唑配体负载到UiO
‑
67孔道内部，提升UiO
‑
67对二氧化碳的吸附量，在273K下达到了51.3cc/g。
[0006]本专利技术将UiO
‑
67与CuO联系起来，采用合成后修饰法把CuO负载到UiO
‑
67孔道内部，将有机与无机结合，在237K下的吸附量达到了61.4cc/g，为二氧化碳的吸附方向提供了新的思路。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中的问题，本专利技术的首要目的是提供一种UiO
‑
67负载纳米氧化铜材料，为二氧化碳的吸附剂提供了新的选择，实现了资源的最大化利用。
[0008]本专利技术的UiO
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67负载纳米氧化铜材料，以锆基MOF UiO
‑
67材料为载体，在载体上负载纳米氧化铜颗粒的材料。
[0009]进一步地，氧化铜的负载量为3.15～3.64mmol/g。
[0010]进一步地，材料的粒径范围2μm
‑
3μm，纳米氧化铜的粒径范围为5nm
–
10nm。
[0011]本专利技术的第二个目的是提供所述的锆基MOF UiO
‑
67负载纳米氧化铜材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)采用四氯化锆和苯甲酸加入到溶剂N,N
‑
二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，再加入4,4
‑
联苯二甲酸，充分混合后，使用水热反应制备UiO
‑
67；
[0013](2)水热产物洗涤后，在丙酮中浸泡，后干燥，得到UiO
‑
67；
[0014](3)将铜源与2,2
‑
联吡啶
‑
5,5
‑
二羧酸加入到N,N
‑
二甲基甲酰胺中，水浴加热搅拌一定时间，
[0015](4)加入一定量UiO
‑
67后，再加热搅拌一定时间，后洗涤，干燥；
[0016](5)将干燥后的产物焙烧即得目标产物。
[0017]进一步地，所述步骤(1)中四氯化锆与苯甲酸的摩尔比为1:4～8，优选1:4；四氯化锆与4,4
‑
联苯二甲酸的摩尔比为1:1～4，优选1:1；溶剂与四氯化锆的液固比为160～170:1mL/g，优选167:1mL/g。
[0018]进一步地，所述步骤(1)中的水热温度为110℃～150℃，优选120℃；水热时间为20～28h，优选24h。
[0019]进一步地，步骤(2)水热产物使用不同溶剂洗涤后，在丙酮中浸泡三天，每天换一次溶剂，后在150℃真空干燥8h，得到UiO
‑
67；
[0020]洗涤用的溶剂包括：N,N
‑
二甲基甲酰胺、甲醇、丙酮中的一种或几种。
[0021]进一步地，所述步骤(3)中的铜源与2,2
‑
二吡啶
‑
5,5
‑
二羧酸的摩尔比为1:1～1.5，优选1:1.2；水浴搅拌温度为50℃
‑
120℃，优选60℃
‑
70℃，最佳水浴搅拌温度为60℃；搅拌时长为5h
‑
8h，最佳搅拌时长为6h。
[0022]进一步地，步骤(3)中的铜源包括：氯化铜、硝酸铜、氯氧化铜中的至少一种。
[0023]进一步地，步骤(4)中UiO
‑
67与2,2
‑
联吡啶
‑
5,5
‑
二羧酸的摩尔比为1:6～7，优选1:6.55；水浴加热搅拌温度为50℃
‑
70℃，优选60℃
‑
70℃，最佳搅拌温度为65℃；搅拌时长为0.5h
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3h，最佳搅拌时长为1h。
[0024]进一步地，所述步骤(4)中最后洗涤用的溶剂包括：N,N
‑
二甲基甲酰胺、甲醇中的至少一种。
[0025]进一步地，所述步骤(4)中水热水浴之后冷却至室温后，离心分离；产物用N,N
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二甲基甲酰胺和甲醇反复洗涤3遍之后，产品干燥过夜，然后将材料研磨成粉末状用于焙烧。
[0026]进一步地，取2,2'
‑
联吡啶
‑
5,5'
‑
二羧酸(H2bpydc)溶解在N,N
‑
二甲基甲酰胺中制备溶液A，将氯化铜溶解在N,N
‑
二甲基甲酰胺中制备溶液B。把溶液B逐滴加入到溶液A中，使之混合均匀中制备溶液C，然后加热搅拌。将UiO
‑
67超声分散在N,N
‑
二甲基甲酰胺中制备溶液D，把溶液D逐滴加入到溶液C中，使之混合均匀，后在改变加热温度搅拌。冷却至室温后，倾析母液。产物用N,N
‑
二甲基甲酰胺和甲醇反复洗涤。之后产品干燥。
[0027]更进一步地，取60
‑
70mg 2,2'
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联吡啶
‑
5,5'
‑
二羧酸(H2bpydc)溶解在4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属有机框架UiO
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67负载纳米氧化铜材料。2.根据权利要求1所述的金属有机框架UiO
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67负载纳米氧化铜材料，其特征在于，氧化铜的负载量为3.15～3.64mmol/g。3.根据权利要求1所述的金属有机框架UiO
‑
67负载纳米氧化铜材料，其特征在于，材料的粒径范围2μm
‑
3μm，纳米氧化铜的粒径范围为5nm
–
10nm。4.权利要求1
‑
3任一项所述的金属有机框架UiO
‑
67负载纳米氧化铜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用四氯化锆和苯甲酸加入到溶剂N,N
‑
二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，再加入4,4
‑
联苯二甲酸，充分混合后，使用水热反应制备UiO
‑
67；(2)水热产物洗涤后，在丙酮中浸泡，后干燥，得到UiO
‑
67；(3)将铜源与2,2
‑
联吡啶
‑
5,5
‑
二羧酸加入到N,N
‑
二甲基甲酰胺中，水浴加热搅拌一定时间，(4)加入一定量UiO
‑
67后，再加热搅拌一定时间，后洗涤，干燥；(5)将干燥后的产物焙烧即得目标产物。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中四氯化锆与苯甲酸的摩尔比为1:4～8，优选1:4；四氯化锆与4,4
‑
联苯二甲酸的摩尔比为1:1～4，优选1:1；溶剂与四...

【专利技术属性】
技术研发人员：何汉兵，王柏俨，曾婧，陈文汨，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：