金属有机骨架ZIF-8/聚酰亚胺泡沫材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种金属有机骨架ZIF

【技术实现步骤摘要】
金属有机骨架ZIF
‑
8/聚酰亚胺泡沫材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及泡沫材料
，具体涉及一种金属有机骨架ZIF
‑
8/聚酰亚胺泡沫材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]因其温和的储存条件，基于水合物的固体天然气技术在天然气储运领域得到广泛关注，被认为是新一代天然气储存替代技术。然而缓慢的水合物成核与生长动力学以及较低的储气量在一定程度上限制了该技术的应用和推广。
[0003]考虑到纳米多孔材料巨大的比表面积和丰富的孔道，将其引入到水合物反应体系中，可以大幅提升水合物成核与生长速率。据报道，碳纳米管、金属有机骨架(Metal organic Framework，简称MOF)等材料的加入能够大幅缩短甚至消除水合物诱导期，提高水合物生长速率。这些纳米多孔材料利用其优异的吸附性能提高反应体系中气体溶解量的同时，较快的气体吸附速率能为主体水相提供丰富气源以提高水合转化率，进而可以实现“吸附
‑
水合”的高效储气体系。
[0004]ZIF
‑
8作为一种新兴MOF材料，为粉状物质，具有丰富的微孔结构，且金属原子能够为气体提供强吸附位点，在气体吸附、分离等领域有着重要应用，这些优点也为其在吸附
‑
水合储气技术中应用奠定良好基础。
[0005]然而，当ZIF
‑
8作为水合物促进剂使用时，多以粉体形式直接分散在水相中，无法形成充分的气液接触面，这极大地限制了其应用效果。与此同时，纳米尺度的ZIF
‑
8颗粒在水中具有很高的分散性，一次反应完后，需要通过过滤、离心等方法进行回收，且过程中损耗巨大，运行成本极高。此外，ZIF
‑
8的纳米孔结构尺度单一，无法为水合物生成构筑多尺度的反应场所，无法达到理想的水合物相平衡效果。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术中所存在的上述问题提供了一种金属有机骨架ZIF
‑
8/聚酰亚胺泡沫材料的制备方法及其应用。
[0007]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0008]一方面，本专利技术提供一种金属有机骨架ZIF
‑
8/聚酰亚胺泡沫材料的制备方法，其特征在于：以聚酰亚胺泡沫材料和金属有机骨架ZIF
‑
8的前驱体溶液为原料，将聚酰亚胺泡沫材料中的气体抽出，然后吸收金属有机骨架ZIF
‑
8的前驱体溶液至饱和，静置反应后取出，用去离子水清洗后，真空冷冻干燥得到金属有机骨架ZIF
‑
8/聚酰亚胺泡沫材料，即ZIF
‑
8/PI泡沫复合材料；
[0009]其中，通过控制ZIF
‑
8前驱体溶液的用量或浓度使终产物泡沫材料中ZIF
‑
8与PI的质量比在1
‑
2.5:1。
[0010]进一步的：
[0011]所述聚酰亚胺泡沫材料的制备过程如下：
[0012]1)将3,3',4,4'
‑
二苯酮四酸二酐溶于溶剂，向其中加入醇类，升温搅拌，进行酯化反应，得到羧酸酯溶液，自然冷却至室温得到溶液A；
[0013]将聚乙二醇、水溶性硅油、二月桂酸二丁基锡、三乙醇胺、异氰酸酯混合，经过超声处理后搅拌，得到溶液B；
[0014]2)取溶液A、溶液B混合，加水搅拌后，倒入模具发泡，然后进行高温固化，得到含有聚酰亚胺泡沫材料。
[0015]金属有机骨架ZIF
‑
8的前驱体溶液的制备过程如下：
[0016]称取六水合硝酸锌溶于溶剂，记为C溶液，称取2
‑
甲基咪唑溶于溶剂，记为D溶液；其中，2
‑
甲基咪唑与六水合硝酸锌的质量比为1.1：1。
[0017]将C溶液迅速倒入D溶液中，搅拌混合，得到金属有机骨架ZIF
‑
8的前驱体溶液。
[0018]所述金属有机骨架ZIF
‑
8与聚酰亚胺泡沫的复合过程如下：
[0019]将聚酰亚胺泡沫置于金属有机骨架ZIF
‑
8的前驱体溶液中，通过抽真空的方法，将泡沫中气体排出，并吸入ZIF
‑
8的前驱体溶液，常温静置反应24h后取出，反复去离子水浸泡洗涤后，真空冷冻干燥，得到ZIF
‑
8/PI泡沫复合材料。
[0020]更进一步的，步骤1)中：所述溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺，醇类为甲醇；所述溶剂与3,3',4,4'
‑
二苯酮四酸二酐的质量比为4:3
‑
5:3；所述3,3',4,4'
‑
二苯酮四酸二酐与醇类的摩尔比为1:2
‑
1.2:2；酯化反应温度为60
‑
70℃，酯化反应时间为2
‑
3h；溶液B中各组分的重量份数为：聚乙二醇40
‑
50份、水溶性硅油40
‑
50份、二月桂酸二丁基锡1
‑
5份、三乙醇胺10
‑
20份、异氰酸酯280
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300份。
[0021]更进一步的，步骤2)中：溶液A、溶液B的质量比为2:1
‑
3:1；加入的水与异氰酸酯的质量比1:2
‑
1:1；高温固化温度为180
‑
240℃，固化时间为3
‑
5h；C溶液和D溶液的溶剂均为甲醇。
[0022]另一方面，本专利技术提供一种上述金属有机骨架ZIF
‑
8/聚酰亚胺泡沫材料的应用，其特征在于：用于天然气水合物的快速生成，步骤为：
[0023]1)将ZIF
‑
8/PI泡沫复合材料中的气体抽出，然后吸收水至饱和，取出ZIF
‑
8/PI泡沫复合材料；
[0024]2)将吸水后的ZIF
‑
8/PI泡沫复合材料放入高压甲烷反应釜中，密封后置于低温恒温槽；
[0025]3)待温度恒定在1℃
±
0.2℃，打开甲烷气瓶对高压反应釜进行充气，完毕后关闭甲烷气瓶，水合物反应开始进行，并生成天然气水合物。
[0026]本专利技术的有益效果是：
[0027](1)本专利技术创造性地将金属有机骨架ZIF
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8与PI泡沫进行复合，一方面制备具有成型结构的ZIF
‑
8/PI复合泡沫材料，提高了ZIP
‑
8的回收利用性，同时聚酰亚胺泡沫的三维宏观结构保证了ZIF
‑
8在水中的高分散性；另一方面，通过二者特定比例的复合，ZIF
‑
8/PI复合泡沫整合了ZIF
‑
8的纳米级孔结构和PI的微米级孔结构，利用多级孔结构之间协同作用，为水合物生成提供丰富的反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属有机骨架ZIF
‑
8/聚酰亚胺泡沫材料的制备方法，其特征在于，以聚酰亚胺泡沫材料和金属有机骨架ZIF
‑
8的前驱体溶液为原料，将聚酰亚胺泡沫材料中的气体抽出，然后吸收金属有机骨架ZIF
‑
8的前驱体溶液至饱和，静置反应后取出，用去离子水清洗后，真空冷冻干燥得到金属有机骨架ZIF
‑
8/聚酰亚胺泡沫材料，即ZIF
‑
8/PI泡沫复合材料；其中，通过控制ZIF
‑
8前驱体溶液的用量或浓度使终产物泡沫材料中ZIF
‑
8与PI的质量比在1
‑
2.5:1。2.根据权利要求1所述的金属有机骨架ZIF
‑
8/聚酰亚胺泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述聚酰亚胺泡沫材料的制备过程如下：1)将3,3',4,4'
‑
二苯酮四酸二酐溶于溶剂，向其中加入醇类，升温搅拌，进行酯化反应，得到羧酸酯溶液，自然冷却至室温得到溶液A；将聚乙二醇、水溶性硅油、二月桂酸二丁基锡、三乙醇胺、异氰酸酯混合，经过超声处理后搅拌，得到溶液B；2)取溶液A、溶液B混合，加水搅拌后，倒入模具发泡，然后进行高温固化，得到含有聚酰亚胺泡沫材料。3.根据权利要求1所述的金属有机骨架ZIF
‑
8/聚酰亚胺泡沫材料的制备方法，其特征在于，金属有机骨架ZIF
‑
8的前驱体溶液的制备过程如下：称取六水合硝酸锌溶于溶剂，记为C溶液，称取2
‑
甲基咪唑溶于溶剂，记为D溶液；将C溶液迅速倒入D溶液中，搅拌混合，得到金属有机骨架ZIF
‑
8的前驱体溶液。4.根据权利要求2所述的金属有机骨架ZIF
‑
8/聚酰亚胺泡沫材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺，醇类为甲醇；所述溶剂与3,3',4,4'
‑
二苯酮四酸二酐的质量比为4:3
‑
5:3；所述3,3',4,4'
‑
二苯酮四酸二酐与醇类的摩尔比为1:...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘代明，孙新然，王飞，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：