[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: 201410387116.5
• 申請日: 2014-08-07
• 公開（公告）號: CN104226255A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 李忠;黃文玉;肖靜;夏啟斌;王勛;劉江
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/30
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及一種復合材料的制備方法，具體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

隨著社會工業化的發展，一系列環境問題也逐漸涌現。其中，全球氣候變暖，正是人類社會所面臨的最緊迫的問題。人們過度焚燒化石燃料，如石油，煤炭等產生的大量溫室氣體，是導致全球氣候變暖的根本原因。CO₂是主要的溫室氣體。自社會工業化以來，大氣中的CO₂濃度增加了約30％，預計到本世紀末，CO₂濃度將會達到目前水平的雙倍或三倍量。如何有效地對CO₂進行捕獲和封存，成為了一個研究熱點。

二氧化碳捕捉技術是將工業和有關能源產業所生產的CO₂分離出來，再通過碳儲存手段，將其輸送并封存到海底或地下等與大氣隔絕的地方。CO₂捕獲和封存是減少CO₂排放，對付全球氣候變暖的有力武器。目前CO₂捕獲技術主要有化學吸收法、物理吸附法、膜分離法、化學鏈分離法等。而吸附分離法由于能耗低、技術易實現而備受關注。

常用的物理吸附劑主要有活性炭和分子篩。例如，活性炭、13X和4A在27℃，20.4atm條件下它們的CO₂吸附容量分別達到8.2、5.2、4.8mol/kg。然而，傳統的吸附劑普遍存在吸附量較低的問題。因此，研究開發出更高CO₂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-53材料是一種水熱穩定性很好的MOFs材料(C.Serre,F.Millange,C.Thouvenot,M.Nogues,G.Marsolier,D.Louer,et?al.,Very?large?breathing?effect?in?the?first?nanoporous?chromium(III)-based?solids:MIL-53or?Cr-III(OH)center?dot{O2C-C6H4-CO2}center?dot{HO2C-C6H4-CO2H}(x)center?dot?H2Oy,Journal?of?the?American?Chemical?Society,vol.124,pp.13519-13526,Nov?2002.)。此材料在高溫下鍛燒可以去除孔道中雜亂排列的對苯二甲酸分子，能夠可逆吸附水分子，在吸脫附的過程中孔的結構會發生收縮和膨脹，稱之為“呼吸效應”。因此，我們可以利用其呼吸效應，改善其CO₂的吸附效果。

然而，MOFs材料的比表面積雖然很大，但其原子密度較小。如果能克服此不足，必定能更有效地提高其CO₂的吸附性能。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。

本發明提出：把氧化石墨進行剝離得到更薄和更具柔性的氧化石墨烯，并通過改變MIL-53的合成條件從而控制其晶型，利用氧化石墨烯(GrO)具有豐富的含氧官能團的優點，可將氧化石墨烯(GrO)與MIL-53材料進行復合，制備出不僅比表面積大，而且具有較高的原子密度的新材料，從而能明顯提高材料的CO₂吸附性能。

本發明通過首先用超聲處理法，將GO部分還原并剝離為較少分子層(≯3層)的GrO，然后通過溶劑熱法合成出一種新的GrOMIL-53材料。這種材料在298K，25bar的條件下，對CO₂的吸附容量可高達到13.6mmol/g，比普通MIL-53的CO₂吸附容量(10.7mmol/g)高出27％。

發明內容

本發明的目的在于針對現有固體多孔材料對CO₂的吸附量普遍偏低，提供一種制備具有高CO₂吸附容量的金屬有機骨架-氧化石墨烯復合材料的方法。

本發明的目的通過如下技術方案實現：

一種金屬有機骨架-氧化石墨烯復合材料的制備方法，包括如下步驟：