[發明專利]一種金屬有機骨架-氧化石墨烯復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310337377.1
• 申請日: 2013-08-05
• 公開（公告）號: CN103432982A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 李忠;周欣;夏啟斌;肖靜;顏健;孫雪嬌
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J20/02
• 分類號: B01J20/02;B01J20/30
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳文姬

技術領域

本發明涉及水蒸汽吸附材料，特別涉及一種金屬有機骨架-氧化石墨烯復合材料的制備方法。

背景技術

空氣濕度對工業生產過程、產品質量控制、食品安全以及人體舒適度都有重要影響。在工業生產過程中，若空氣濕度過高，將影響某些反應產物的合成過程及收率；在產品質量控制中，若忽視了空氣濕度的影響，將會嚴重影響產品品質；在餐飲服務行業，若未能有效控制食物存放環境濕度，將會造導致食物發霉變質；在工作或家居環境，若未能營造一個舒適干爽的環境，將降低工人工作效率并影響人體健康。所以，開發出高效的空氣除濕技術，對生產和生活均有重要意義。

目前，常見的空氣除濕技術主要有冷凝、熱泵、吸收、吸附、膜除濕等技術，而濕度控制方法又可分為機械性濕度控制方法和非機械性濕度控制方法。傳統的冷凝除濕技術作為一種機械性除濕技術，在其自身不斷發展完善的同時也暴露出兩大缺點，既能耗大、制冷工質可能破壞臭氧層。膜除濕技術日益受到關注的同時，除濕膜的機械性能和連續工作時間也有待提高，以進一步降低膜除濕的成本。吸附除濕系統可以有效降低空調系統能耗，且與吸收式除濕相比吸附劑易再生，是極具吸引力的非機械式濕度控制方法。

吸附除濕常用的吸附劑主要有氯化鋰、硅膠、氧化鋁和沸石等，但是這些傳統的吸附材料在實際應用中往往有其不足。例如氯化鋰的水吸附熱很大，且具有腐蝕性，這就影響其制冷效果并增加了其設備成本要求；分子篩水蒸氣吸附容量很小，而氧化鋁除濕能力僅有硅膠的50%；硅膠在大量吸水之后，顆粒容易破裂，且在中等濕度范圍對水蒸氣的吸附容量偏小（要引用李鑫的博士學位論文），即使是一些改性的活性炭材料，由于受其孔容的限制，在100%相對濕度條件下，其對水蒸氣的吸附容量也不超過0.80g/g^[1]。針對這些存在問題，研究開發出高水蒸汽吸附容量的新型吸附材料是非常必要的。

近年來，金屬-有機骨架（Metal-Organic?Frameworks，MOFs）材料因具有高比表面積和高孔容，孔徑可調、表面易修飾等特性在氣體吸附分離等領域展現出很好的潛在應用前景。其中，有法國學者最先合成出的MIL-101材料是一種水熱穩定性很好的MOFs材料，也是迄今為止比表面積和孔容最大的固體多孔材料之一。盡管此MIL-101對水蒸氣的吸附容量很大，但仍達不到它的最大孔容，仍有很大的發展空間。主要原因是：雖然這類材料的比表面積很大，但其原子密度小。

近年來，石墨烯（Gr）及其衍生材料的發展引起了科學界的極大關注。石墨烯是由單層碳原子以sp²雜化軌道組成的二維薄膜，這是目前世界上最薄也最堅硬的納米材料，其致密的碳原子表面可以提供足夠強大的色散作用以吸附小分子客體。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供一種金屬有機骨架-氧化石墨烯復合材料的制備方法，制備得到的金屬有機骨架-氧化石墨烯復合材料比表面大，具有發達的微孔孔隙，具有很高的水蒸汽吸附容量。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種金屬有機骨架-氧化石墨烯復合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）制備固體粉末狀的氧化石墨（GO）；

（2）將固體粉末狀的氧化石墨在惰性氣體氛圍中進行高溫還原，得到氧化石墨烯粉末（GrO）；

（3）將步驟（2）得到的氧化石墨烯粉末分散在水中并進行超聲處理，然后加入Cr(NO₃)₃·9H₂O、H₂BDC和HF，并在210～230℃下反應7～9小時，得到粗制金屬有機骨架-氧化石墨烯復合材料（GrO@MIL-101）；其中，所述氧化石墨烯粉末與Cr(NO₃)₃·9H₂O的質量比為1:5～1:200；Cr(NO₃)₃·9H₂O：H₂BDC：HF：H₂O的摩爾比為1：1：1：278；

（4）將步驟（3）得到的粗制金屬有機骨架-氧化石墨烯復合材料先后使用乙醇和氟化銨溶液浸泡清洗，最后得到純化的金屬有機骨架-氧化石墨烯復合材料。

步驟（1）所述制備固體粉末狀的氧化石墨，具體為：