一种高效稳定MOFs复合材料和制备方法及碳中和应用技术

本发明专利技术涉及一种高效稳定MOFs复合材料和制备方法及碳中和应用，属于金属有机骨架材料技术领域，所述的MOFs复合材料的制备方法，包括以下步骤：采用溶剂热合成法制备HKUST

【技术实现步骤摘要】
一种高效稳定MOFs复合材料和制备方法及碳中和应用


[0001]本专利技术涉及金属有机骨架材料
，具体涉及一种高效稳定MOFs复合材料和制备方法及碳中和应用。

技术介绍

[0002]二氧化碳是主要的人为温室气体，它主要通过各种社会活动排放，如燃烧化石燃料以及许多化学过程。全世界大约44%的二氧化碳是由煤炭、石油、压缩天然气、燃料燃烧等排放出来。由于工业化的快速发展，为了满足不断增长的人类需求，能源的消耗成倍增加。目前，所需能源总量的85%是通过燃烧化石燃料生产的，这最终导致二氧化碳排放到环境中，从而增加其浓度。燃烧后的二氧化碳捕集方法属于最适应的方法之一，以补充现有发电厂的改造选择。
[0003]新兴的基于MOFs的材料被认为是吸附二氧化碳的有效吸附剂，其表面积大，结构、成分多样，孔隙率高，空隙体积大，可用于储存气体。MOFs具有三维微孔结晶结构，由金属配体网络组成，有一个中心金属原子，配体连接在上面，中心金属原子和配体通过共价键相连。由于共价键，MOFs也被称为配位网络或配位聚合物。在合成的MOFs中，孔隙和通道的大小可达纳米，这些孔隙和通道可以容纳二氧化碳。在高压下，MOFs可以储存比单独的空容器多10
‑
12倍的二氧化碳。一旦二氧化碳被MOFs所容纳，它可以储存在孔隙和通道中。
[0004]MOFs的稳定性是一个重要的因素，决定着其在恶劣环境下可持续地用于捕获二氧化碳起着至关重要的作用。烟气的典型成分包括73%
‑
77%的N2、15%
‑
>16%的CO2、5%
‑
7%的水蒸气、3%
‑
4%的O2、微量的SOx、NOx和盐酸，这为各种碳捕集材料创造了一个非常恶劣的腐蚀性环境。将MOFs暴露在如此恶劣的环境中并保持其稳定性是非常关键的。
[0005]经检索申请公布号为CN 111225730 A的现有专利介绍了一种高吸附量负载多胺金属有机骨架Mg2(dobpdc) (dobpdc4‑
＝4,4
’‑
二氧联苯
‑
3,3
’‑
二羧酸根)，具有很高的吸附能力和吸附选着性，有着稳定快速的吸附动力学，能够将烟道气中的CO2快速吸收。采用该类吸附材料能够适用于燃煤电厂或者天然气电厂。但是其骨架中的有机配体较为昂贵，需要单独合成，增加了工业生产步骤，提升了生产成本。同时由于其稳定性较差，易被烟气环境中的腐蚀气体破坏结构，从而使其失活。
[0006]经检索申请公布号为CN 104258814 A的现有专利介绍了一种吡唑
‑
羧酸双功能配体基团MOFs，该MOFs有很高的比表面积和稳定性，且对CO2有很高的吸附选择性，可以在工业废气中很好地分离出CO2。但其配体获取困难，合成过程中副产物多，易造成环境污染，从而不适于全面推广和应用。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的不足，本专利技术的目的在于提供一种反应较为简单，成本较为低廉，环境友好的高效稳定MOFs复合材料，该材料CO2吸附性能较好，且在烟气环境中暴露30天，性能仅下降12%，在烟煤电厂CO2捕集领域有较好的应用。为实现上述目的，本专利技术是通
过以下技术方案来实现：一种高效稳定MOFs复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤 1：采用溶剂热合成法制备HKUST
‑
1；步骤 2：以步骤1制备所得的HKUST
‑
1为载体，负载有机氨基膦酸，制备有机氨基膦酸@HKUST
‑
1复合材料。
[0008]其中，所述步骤1具体包括以下步骤：步骤101：将无水硝酸铜加入N,N
‑
二甲基甲酰胺中，记为溶液A，搅拌；步骤102：将均苯三酸粉末加入无水乙醇中，记为溶液B，搅拌；步骤103：在溶液B中缓慢加入溶液A，记为溶液C，搅拌；步骤104：将溶液C转移入特氟龙反应釜中，进行水热反应；步骤105：水热反应结束后，对步骤104中得到的产物用无水甲醇洗涤，离心，真空干燥活化后备用。
[0009]其中，所述步骤1中均苯三酸与无水硝酸铜的质量之比为1:2.5
‑
4。
[0010]其中，所述步骤101中，N ,N
‑
二甲基甲酰胺的体积为30
‑
50mL，搅拌时间为10
‑
30min；步骤102中无水乙醇的体积为30
‑
50mL，搅拌时间为10
‑
30min；步骤103中搅拌时间为10
‑
30min；所述步骤104中特氟龙反应釜与溶液C容积比为2：1，加热温度为80
‑
120℃，反应时间为12
‑
24h；所述步骤105中离心转速为8000
‑
10000rpm，离心时间为10
‑
30min，干燥温度为120
‑
150℃，干燥时间为12
‑
24h；所述步骤106中离心转速为8000
‑
10000rpm，离心时间为10
‑
30min，干燥温度为120
‑
150℃，干燥时间为12
‑
24h。
[0011]优选地：所述步骤2具体包括以下步骤：步骤201：将有机氨基膦酸溶于无水乙醇配置成溶液F；步骤202：将干燥活化后的HKUST
‑
1加入到步骤201中的溶液F中，搅拌均匀后将其转移到密闭容器中进行水热反应；步骤203：待反应结束后，对步骤202得到的产物用无水甲醇洗涤，离心，真空干燥过夜，即得所述高效稳定有机氨基膦酸@HKUST
‑
1复合材料。
[0012]其中，所述步骤2中有机氨基膦酸选自3
‑
氨基丙基膦酸、4
‑
氨基丁基膦酸、2
‑
氨基乙基膦酸、1
‑
(丁基氨基)
‑1‑
甲基乙基]‑
膦酸中的一种。
[0013]所述步骤201中有机氨基膦酸的摩尔质量为5
‑
5.5mmol，无水乙醇的体积为30
‑
50mL。
[0014]所述步骤202中中反应温度为室温，反应时间为24
‑
36h。
[0015]所述步骤203中离心转速为8000
‑
10000rpm，离心时间为10
‑
30min，干燥温度为120
‑
150℃，干燥时间为12
‑
24h。
[0016]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术高效稳定MOFs复合材料制备方法较为简单，反应条件较为温和，且环境友好，具备工业大规模生产的潜力，适于全面推广和应用。
[0017]本专利技术高效稳定MOFs复合材料由于有机膦酸氨中的膦酸与MOFs不饱和金属中心结合，可生成M—O—P键，区别于一般氨基复合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效稳定MOFs复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用溶剂热合成法制备HKUST
‑
1；步骤2：以步骤1制备所得的HKUST
‑
1为载体，负载有机氨基膦酸，制备有机氨基膦酸@HKUST
‑
1复合材料。2.根据权利要求1所述的一种高效稳定MOFs复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1具体包括以下步骤：步骤101：将无水硝酸铜加入N,N
‑
二甲基甲酰胺中，记为溶液A，搅拌；步骤102：将均苯三酸粉末加入无水乙醇中，记为溶液B，搅拌；步骤103：在溶液B中缓慢加入溶液A，记为溶液C，搅拌；步骤104：将溶液C转移入特氟龙反应釜中，进行水热反应；步骤105：水热反应结束后，对步骤104中得到的产物用无水甲醇洗涤、离心，真空干燥活化后备用。3.根据权利要求1所述的一种高效稳定MOFs复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：步骤201：将有机氨基膦酸溶于无水乙醇配置成溶液F；步骤202：将干燥活化后的HKUST
‑
1加入到步骤201中的溶液F中，搅拌均匀后将其转移到密闭容器中进行水热反应；步骤203：步骤202反应结束后，对步骤202得到的产物用无水甲醇洗涤，离心，真空干燥过夜，即得高效稳定有机氨基膦酸@HKUST
‑
1复合材料。4.根据权利要求1所述的一种高效稳定MOFs复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中有机氨基膦酸选自3
‑
氨基丙基膦酸、4
‑
氨基丁基膦酸、2
‑
氨基乙基膦酸、1
‑
(丁基氨基)
‑1‑
甲基乙基]
‑
膦酸中的任意一种。5.根据权利要求2所述的一种高效稳定MOFs复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤102中均苯三酸与步骤101中无水硝酸铜的质量之比为1:2.5
‑
4。6.根据权利要求2所述的一种高效...

【专利技术属性】
技术研发人员：程金平，龚佑沄，龙明策，曾庆瑞，倪启国，周馨睿，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：