[發(fā)明專利]一種吸附CO2的金屬-有機框架材料La-BDC及其改性物的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210585065.8
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103007889A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設計）人: 尹雙鳳;楊泛明;陳浪;張曉輝;李文盛
• 申請（專利權）人: 湖南大學;湖南凱美特氣體股份有限公司
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發(fā)明涉及CO₂吸附材料，具體涉及一種能在較低溫度和低壓環(huán)境中高效吸附CO₂的金屬-有機框架材料La-BDC及其改性物的制備方法。

【背景技術】

二氧化碳(CO₂)是目前世界上最主要的溫室氣體，同時也是C1家族中最廉價、最豐富的資源，并且CO₂應用領域廣泛，例如CO₂用作滅火劑；CO₂用作萃取劑，對食品、飲料、油料、香料、藥物等進行加工萃??；CO₂用作食品保鮮劑，可有效地防止食品中細菌、霉菌的生長，避免食品變質，并能保鮮和維持食品原有的風味和營養(yǎng)成分；CO₂用作生產(chǎn)甲醇、甲烷、甲醚、聚碳酸酯等化工產(chǎn)品的原料；CO₂用作油田注入劑，有效驅油提高采油率；CO₂用于保護電弧焊，避免金屬表面氧化，同時提高焊接速度等。因此，CO₂分離捕集已成為各國關注焦點，而發(fā)展高效的CO₂吸附材料是其關鍵所在。

目前工業(yè)上主要利用液氨對CO₂進行吸收，但該方法具有吸收過程中產(chǎn)生氨基甲酸鹽等副產(chǎn)物、對設備腐蝕嚴重、再生過程中需消耗大量水蒸氣造成資源浪費等缺點。針對現(xiàn)有CO₂捕獲技術的不足，設計開發(fā)具有吸附容量大、吸附-脫附溫度低和能耗小的CO₂吸附材料是業(yè)界正在探索的。

金屬-有機框架(Metal-organic?framework，縮寫為MOFs)材料是一類新型多孔無機-有機雜化的功能材料，此類材料具有比表面積大、規(guī)則的內(nèi)部排列、特殊的拓補結構等特點，常規(guī)金屬-有機框架(MOFs)材料也能有效地吸附CO2，但他們通常是由來自原油的材料制成，并且通常含有毒重金屬。

在金屬-有機框架(MOFs)材料合成過程中，使用的溶劑和去質子化試劑有時可與金屬元素上裸露的金屬位進行配位，從而得到不同結構的金屬-有機框架(MOFs)材料。目前金屬-有機框架(MOFs)材料的設計主要集中于改變有機配體以合成不同類型的金屬-有機框架(MOFs)材料，并且配體結構日趨復雜。而La-BDC類金屬-有機框架材料的制備主要通過改變金屬鹽溶液、有機配體、溶劑、去質子化試劑等因素制得。如利用1，2-雙(4-吡啶基)乙烷(BPE)為去質子化試劑，將計算量的La(NO₃)₃·6H₂O、間苯二甲酸、BPE及去離子水混合，在180℃下結晶2天，制得黃色晶體[La₄(BDC)₆(H₂O)₅](H₂O)。

然而，目前La-BDC類框架材料多以單晶培養(yǎng)為主，應用于氣體吸附分離者甚小，并且將其應用于此領域的相應材料多以有機物為去質子化試劑，如DMF、吡啶、聯(lián)吡啶等，這些有機物對人體危害比較明顯。另外，所制備的金屬-有機框架材料吸附量較小，不能達到對氣體進行高效吸附的目的。因此，設計簡單易行且吸附量大的La-BDC類金屬-有機框架材料是一大挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是提供一種具有高效CO₂吸附性能的金屬-有機框架材料La-BDC及其改性物的制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種吸附CO₂的金屬-有機框架材料La-BDC的制備方法，包括下述步驟：

將La(NO₃)₃溶于去離子水，形成溶液A；

將1，4-苯二甲酸溶于無機堿溶液，形成溶液B；

在室溫下，使該溶液A與該溶液B混合，得到第一混合溶液，在150℃-180℃下使該第一混合溶液結晶18小時-30小時，得到第一固體產(chǎn)物，用去離子水將該第一固體產(chǎn)物洗滌至中性，將該洗滌至中性的第一固體產(chǎn)物在馬弗爐中以5℃-10℃/min的速率升溫至180℃-200℃，保持4小時-6小時，得到金屬-有機框架材料La-BDC。

上述制備方法中，該無機堿溶液是NaOH溶液、KOH溶液、Na₂CO₃溶液或K₂CO₃溶液。