[發明專利]一種金屬氧化物與金屬有機材料鋼筋砼結構雜化膜的制備方法

有效

• 申請號: 201410131095.0
• 申請日: 2014-03-29
• 公開（公告）號: CN103908899A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 張雄福;李紹輝;劉亞光;劉海鷗;邱介山
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01D69/10
• 分類號: B01D69/10;B01D67/00;B01D71/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明提供了一種合成具有無機金屬氧化物-金屬有機材料鋼筋砼結構雜化膜的制備方法，并應用于氣體分離，將金屬有機材料與多孔載體通過無機金屬氧化物框架很好的結合起來，并對氣體有很好的分離性能。

技術背景

鋼筋混凝土（鋼筋砼）是當今廣泛使用的建筑材料，在澆筑混凝土之前預先綁筋支模，得到的結構與單純的混凝土相比具有很高的機械強度。本研究就是基于鋼筋砼結構理論為研究背景，開發出一種以金屬氧化物為框架的金屬氧化物-MOFs交織雜化膜，得到的膜材料具有與鋼筋砼類似的結構，具有很好的機械強度與水熱穩定性，而且厚度要比同類MOFs膜薄。MOFs膜材料具有較大的比表面積、良好的結構可控以及孔道結構多樣性，在膜分離領域受到廣泛的關注。但通常單純的MOFs膜的水熱穩定性和強度較差，不能在高溫下長時間穩定運行。

無機氧化物與MOFs雜化膜是將具有耐熱穩定性和MOFs材料交織在一起成膜，制得的膜可以把各個的材料優點有機結合起來，因此雜化膜是解決常規單一MOFs膜材料的有效途徑。目前報道的MOFs雜化膜主要是將有機膜材料與MOFs顆粒參雜在一起制成雜化膜，利用MOFs的孔道結構與吸附特性獲得高質量的膜材料。如。Basu,S..Vankelecom,I.F.J.Separation?and?Purification?Technology.2011,81,31.和Qilei?Song,E.Sivaniah,eatl.Energy?Environ.Sci..2012,5,8359.和Liu,X.L.Li,Y.S.;Zhu,G.Q.;Ban,Y.J.;Xu,L.Y.;Yang,W.S.Angew?Chem?Int?Ed?Engl2011,50,10636.是將有機膜材料與MOFs納米粒子參雜在一起形成的雜化膜；Barankova,E.;Pradeep,N.;Peinemann,K.V.Chem?Commun(Camb)2013,49,9419.利用ZnO納米粒子參雜于有機材料中，然后再在該材料上形成單一的ZIF-8膜。以上均是有機材料和MOFs形成的膜，不具有無機材料的耐高溫性和機械強度。Stassen,I.;Campagnol,N.;Fransaer,J.;Vereecken,P.;De?Vos,D.;Ameloot,R.Crystengcomm2013.是將氧化鋅前驅液涂覆于硅片載體作為晶種誘導形成單一ZIF-8膜，并沒有形成雜化膜。Tanaka,S.;Kida,K.;Nagaoka,T.;Ota,T.;Miyake,Y.Chem?Commun(Camb)2013,49,7884.是利用氧化鋅小球通過干膠轉換方法得到ZnO外包覆ZIF-8的核-殼結構，Zhan,W.-w.;Kuang,Q.;Zhou,J.-z.;Kong,X.-J.;Xie,Z.-x.Journal?of?the?American?Chemical?Society2013.是利用ZnO棒在包覆ZIF-8形成核-殼結構用于光電材料，上述方法都是制備粉末材料，而沒有形成雜化膜。

所以，基于上述分析，目前還沒有無機材料與MOFs一起制備形成雜化膜的報道，實際上在以無機氧化物框架中交織生長MOFs雜化的膜，必然比現有的有機物網狀中分散MOFs顆粒形成的雜化膜穩定性和強度高。因此，本發明提出預先制作無機氧化物材料框架，再在此無機框架中交織生長MOFs，然后形成連續致密的金屬氧化物為框架的金屬氧化物-MOFs交織雜化膜。由于MOFs是由中心金屬離子與有機配體雜化而成的材料，所以金屬氧化物與MOFs材料有很好的粘結作用。氧化鋅是金屬氧化物中的合成較容易的一種，且改變合成條件可以得到不同的結構，容易形成框架結構。而ZIFs材料是以鋅為金屬中心離子的MOFs材料，ZIF-8是ZIFs材料家族中的一員，它具有與硅鋁酸鹽沸石分子篩中方鈉石（SOD）相同的拓撲結構，具有較好化學穩定性與水熱穩定性及分子篩的特性。在ZnO-ZIF-8“鋼筋砼”結構雜化膜形成過程中，氧化鋅預先形成類似鋼筋砼中的鋼筋框架，然后ZIF-8在以“混凝土”的形式“澆筑”在氧化鋅框架之中。該方法合成過程簡單，容易進行工業放大，而且該材料水熱穩定性較好，分離性能高。

發明內容