一种Cu-BTC材料的再生方法技术

本发明专利技术公开了一种Cu-BTC材料的再生方法，将吸附客体分子的Cu-BTC在酸性质子溶剂或其蒸汽环境下进行浸渍，再经过滤后，将得到的固体在非酸性有机溶剂或其蒸汽环境下进行浸渍，最后经过过滤、洗涤和干燥，完成Cu-BTC材料的再生。本方法具有操作条件温和，再生过程快速，能耗低，材料再生完全等特点，在气体快速储存、释放，气体吸附分离、废水处理等领域有很大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属有机骨架材料领域，具体涉及。
技术介绍
随着全球经济的高速发展，人类对于化石燃料的过度依赖，导致了 CO2等温室气体的大量排放，引发了一系列严重的环境问题，CO2减排成为当务之急。然而随着研究的深入，CO2减排背后的能量代价引起了全社会广泛的关注。以CO2减排大户-火力发电厂为例，如果要捕获烟道气中90%的CO2,使用传统的有机胺吸附等方法将增加火力发电厂25%-40%的能耗，其中80%的能量将用于吸附材料的再生，因此吸附材料再生的能量输入将直接决定CO2捕集系统的效率和效益，此外多孔材料用于废水处理往往也遇到难以再生和再生代价的问题。 金属有机骨架化合物(MOFs)是由金属离子或者团簇和有机配体通过自组装作用所形成的具有周期性网络结构的多孔材料，其具有比表面积大，孔隙率高，结构可调等优点，由于其在气体吸附、储存方面相对于商用活性炭、分子筛的巨大优势，被视为最具潜力的气体吸附、储存材料，近几年来引起了广泛的关注。然而对于吸附材料，吸附能力越强，往往意味着脱附的能耗代价越大，MOFs材料相对分子筛和活性碳对CO2等气体和有机物染料的处理能力有了大幅度提高，但仍然需要通过高温、负压、超声等方式实现吸附材料的再生，再生过程能耗代价高，此外诸如H20，H2S等强极性分子在吸附过程中更容易造成吸附材料的中毒失活，进一步降低吸附材料的再生效率。Cu-BTC作为最知名的MOFs材料之一，已经实现了商业化，由于其具有较高的稳定性，不饱和金属位点等结构特征，被广泛认为是最有前景的气体吸附、捕集、废水处理材料，然而如上所述，现有的再生技术仍以高温和负压活化为主，过程能耗高，且很难解决吸附剂失活等问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有吸附技术吸附材料再生能耗高，吸附材料易中毒的问题，提供一种通过常温常压下溶剂或蒸气环境的切换，实现Cu-BTC材料的快速再生的方法，这种方法具有操作条件温柔，客体分子脱附完全，过程能量代价低的特点。本专利技术的目的可以通过以下措施达到将吸附客体分子的Cu-BTC在酸性质子溶剂中或其蒸汽环境下进行浸溃，再经过滤后，将得到的固体在非酸性有机溶剂或其蒸汽环境下进行浸溃，最后经过过滤、洗涤和干燥，完成Cu-BTC材料的再生。本专利技术中的客体分子是指气体分子和有机染料分子，其包括各种Cu-BTC材料可以吸附的气体分子和染料分子，具体可选自C02、CO、N2, H2, CH4, C2H2, C2H4, NO、NO2, SO2, H2S,甲基橙、甲基蓝、亚甲基蓝、甲基红、苏丹红等中的一种或几种。本方法可处理各种吸附量的Cu-BTC材料，其吸附量(即吸附的分子占总材料的质量分数)一般为(TlOOwt%，进一步的吸附量为O. I 100wt%，其中根据不同分子的吸附饱和量有不同的吸附上限。本专利技术中Cu-BTC为多孔高比表面材料比表面积>600m2/g。按本方法再生前后的再生Cu-BTC材料，其料比表面积均大于600m2/g。本专利技术中的酸性质子溶剂，是指pH值为酸性的质子溶剂，优选采用醋酸、甲酸、盐酸、硫酸、硝酸、碳酸、磷酸、氢氟酸、溴化氢、碘化氢中至少一种。本专利技术中的酸性质子溶剂的PH值为1飞时可达到最佳的再生效果，当酸性过强或过弱时，都不能实现Cu-BTC的再生，一般浓度过高将导致Cu-BTC结构的分解，无法再生，浓度过低Cu-BTC脱附再生不完全。将吸附客体分子的Cu-BTC在酸性质子溶剂中进行浸溃时，液体体积为固体质量的20倍ml/g以上；固液比过低将导致Cu-BTC反应不完全，再生不完全。吸附客体分子的Cu-BTC在酸性质子溶剂中或其蒸汽环境下进行浸溃的时间为I分钟 2小时，优选I分钟 10小时，进一步优选I分钟 100分钟。 本专利技术中当采用蒸汽环境下进行浸溃时，可将各溶剂采用现有方法制成各种蒸气，进行浸溃，优选采用饱和蒸气进行浸溃。本专利技术中的非酸性有机溶剂，是指pH值为非酸性的有机溶剂，优选采用甲醇、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙腈、环丁砜、丙酮、二甲基乙酰胺、六甲基磷酰胺中至少一种。非酸性有机溶剂的液体体积为固体质量的10倍ml/g以上。固体在非酸性有机溶剂中进行浸溃的时间为I分钟2小时，优选I分钟 10小时，进一步优选I分钟 100分钟。本专利技术的有益效果I、本专利技术的优点在于，实现Cu-BTC材料再生的原料都是工业中常用的廉价溶剂，且再生过程在常温常压下即能进行，相对于通常的高温、负压再生，反应条件更加温和，能量成本更低。2、本专利技术的优点在于Cu-BTC的再生完全，再生前后客体分子吸附能力几乎没有差异。3、本专利技术的优点在于Cu-BTC的再生过程快速，通过质子溶剂的作用Cu-BTC能快速释放客体分子。附图说明图I为实施例I中Cu-BTC再生前后XRD的对比图。a)再生前Cu-BTC的结构；b)再生后Cu-BTC的结构。图2为实施例I中Cu-BTC再生前后CO2吸附曲线图。Cu-BTC在常温常压下CO2的吸附曲线a)再生前，b)再生后。具体实施例方式以下结合实施例对本专利技术作进一步说明。下述实施案例中，实验方法如无特殊说明均为常规方法；所有试剂或原料如无特殊说明均能通过商业途径获得。实施例I :将Ig 比表面积为 1123. 6m2/g，孔容为 O. 46cm3/g 的 Cu3(C9H3O6)2 CH2O(Cu-BTC)K附饱和CO2气体，浸入50ml pH= I的盐酸溶液中，反应搅拌10分钟，过滤，将固体浸入50mlN, N- 二甲基甲酰胺溶液中，反应搅拌5分钟，过滤、洗涤、干燥，实现Cu-BTC的再生，再生后Cu-BTC 比表面积为 1052. 7m2/g，孔容为 O. 46cm3/g。实施例2 9其他实施例均按实施例I的步骤进行，其具体反应的原料和条件见表1，其中实施例9吸附的客体分子为有机染料分子，实施例10采用饱和蒸气浸溃产物结构及性能见表2。表I.实施例2 8原料及制备条件 权利要求1.ー种Cu-BTC材料的再生方法，其特征在于将吸附客体分子的Cu-BTC在酸性质子溶剂中或其蒸汽环境下进行浸溃，再经过滤后，将得到的固体在非酸性有机溶剂或其蒸汽环境下进行浸溃，最后经过过滤、洗涤和干燥，完成Cu-BTC材料的再生。2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述客体分子为气体分子或者有机染料分子；优选选自CO2, CO、N2, H2, CH4, C2H2' C2H4' NO、N02、SO2, H2S'甲基橙、甲基蓝、亚甲基蓝、甲基红、苏丹红中的ー种或几种。3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于所述吸附客体分子的Cu-BTC中客体分子的吸附量为0 100wt%，进ー步为O. I 100wt%。4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述吸附客体分子的Cu-BTC和Cu-BTC材料的比表面积>600m2/g。5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述酸性质子溶剂选自醋酸、甲酸、盐酸、硫酸、硝酸、碳酸、磷酸、氢氟酸、溴化氢、碘化氢中至少ー种。6.根据权利要求I或5所述的方法，其特征在于所述酸性质子溶剂的pH值为广6。7.根据权利要求I或5所述的方法，其特征在于将吸附客体分子的Cu-BTC在酸性质子溶剂中进行浸溃时，液体体积为固体质量的20倍ml/g以上；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Cu？BTC材料的再生方法，其特征在于将吸附客体分子的Cu？BTC在酸性质子溶剂中或其蒸汽环境下进行浸渍，再经过滤后，将得到的固体在非酸性有机溶剂或其蒸汽环境下进行浸渍，最后经过过滤、洗涤和干燥，完成Cu？BTC材料的再生。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张所瀛，陆小华，姚文俊，杨祝红，王昌松，
申请(专利权)人：南京工业大学，常熟钰泰隆摩擦新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：