[發明專利]金屬有機骨架材料的溶劑支撐型壓實

有效

• 申請號: 201710705313.0
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107754775B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 徐淳川;賈斯丁·普里沃爾;邁克爾·J·文斯特拉
• 申請（專利權）人: 福特全球技術公司
• 主分類號: B01J20/30
• 分類號: B01J20/30;B01J20/22;B01D53/02
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 劉燦強;陳曉博

提供了一種金屬有機骨架材料的溶劑支撐型壓實。公開了形成高的表面積的壓實的MOF粉末的方法，以及由此形成的MOF顆粒。所述方法可以包括：使用第一溶劑合成金屬有機骨架材料(MOF)粉末；用第二溶劑交換第一溶劑，使得MOF粉末的孔用第二溶劑填充至少10％；將具有用第二溶劑填充至少10％的孔的MOF粉末壓實為顆粒；以及對壓實的顆粒進行去溶劑化以去除第二溶劑。顆粒可以在壓實后保持其初始比表面積的至少80％的比表面積。壓實MOF粉末并使溶劑至少部分地填充其孔可以防止或減少MOF孔結構的壓碎并保持表面積，例如，用于氫或天然氣儲存。

技術領域

本公開涉及金屬有機骨架材料(MOF)的溶劑支撐型壓實，例如，所述溶劑支撐型MOF的機械壓實。

背景技術

金屬有機骨架材料(metal-organic frameworks，MOF)是可以具有非常高的比表面積(例如，超過3000m²/g)的合成材料。這些高的表面積可以使它們可用于氣體存儲應用，例如，作為用于燃料電池車輛的儲氫材料或者用于天然氣車輛的甲烷儲存材料。基于由于范德華力導致氣體吸附到表面，這些吸附劑材料的性能可以高度依賴于表面積。由于整體式固體(monolithic solids)通常具有更大的總的體積存儲密度、增強的熱性質和改善的易操作性，所以對于車載氣體儲存應用而言整體式固體(與粉末相比)通常是更優越的。然而，MOF的整體合成(bulk synthesis)通常造成材料的粉末形式。可以使用機械壓實(mechanical compaction)而不使用粘合劑來使MOF形成為高密度顆粒(pellet)。然而，已知由于孔坍塌、孔阻塞和晶體結構的非晶化，機械壓實減小MOF的微孔體積。這通常降低MOF的儲存容量，并限制使MOF吸附劑致密化的有效性。

發明內容

在至少一個實施例中，提供了一種方法。所述方法可以包括使用第一溶劑合成金屬有機骨架材料(MOF)粉末；用第二溶劑交換第一溶劑，使得MOF粉末的孔用第二溶劑填充至少10％；將具有用第二溶劑填充至少10％的孔的MOF粉末壓實為顆粒；以及對壓實的顆粒進行去溶劑化以去除第二溶劑。

在一個實施例中，將MOF粉末壓實為MOF晶體結構的理論密度的至少60％的密度以形成顆粒。顆粒可以保持壓實后的比表面積是壓實前的顆粒的初始比表面積的至少80％或90％。在一個實施例中，顆粒在壓實后保持與預壓實的比表面積相比的至少80％的比表面積。第二溶劑可以具有比第一溶劑的沸點低的沸點。在一個實施例中，第二溶劑包括甲醇、丙酮、二氯甲烷、乙醇或水。可以在交換步驟和壓實步驟之間使用流動的氣體干燥MOF粉末。對壓實的顆粒進行去溶劑化以去除第二溶劑的步驟可以包括將顆粒加熱到至少第二溶劑的沸點。在一個實施例中，對壓實的顆粒進行去溶劑化以去除第二溶劑的步驟還包括對壓實的顆粒施加真空。

在至少一個實施例中，提供了一種方法。所述方法可以包括用具有比第一溶劑的沸點低的沸點的第二溶劑交換金屬有機骨架材料(MOF)粉末的孔中的第一溶劑，使得MOF粉末的孔至少10％填充有第二溶劑；將具有至少10％填充的孔的MOF粉末壓實為顆粒；以及對壓實的顆粒進行去溶劑化以去除第二溶劑。

可以將MOF粉末壓實為MOF晶體結構的理論密度的至少65％的密度以形成顆粒。在一個實施例中，顆粒在壓實后保持壓實前的顆粒的初始比表面積的至少80％或90％的比表面積。顆粒在壓實后可以保持至少1400m²/g的比表面積。在一個實施例中，在交換步驟之后和壓實步驟期間，MOF粉末的孔至少50％填充有第二溶劑。

在至少一個實施例中，提供了一種儲氣材料。所述材料可以包括金屬有機骨架材料(MOF)粉末的壓實的顆粒。所述顆粒可以具有MOF晶體結構的理論密度的至少60％的密度以及至少1000m²/g的比表面積。壓實的顆粒的比表面積可以是未壓實狀態下的MOF粉末的比表面積的至少80％。