[發明專利]一種納米尺度分子篩@氧化石墨烯耦合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810403566.7
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108786767B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 郭海玲;楊歌;斯維特拉娜·拉扎羅娃;趙蕾;王純正;白鵬;覃正興
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: B01J20/30
• 分類號: B01J20/30;B01J20/28;B01J20/20;B01D53/22
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司 37107
• 代理人: 羅文遠

本發明涉及一種納米尺度分子篩@氧化石墨烯耦合材料的制備方法。其技術方案是包括以下步驟：（1）低溫下，將納米分子篩的硅源和鋁源溶液充分混合；（2）上述混合后的溶液經陳化、洗滌、干燥，得到分子篩無定形前驅物，洗滌后pH值為8；（3）上述分子篩無定形前驅物與氧化石墨烯經攪拌、超聲混合，并陳化，（4）上述陳化后的溶液，加入堿性物質，所構成的反應溶液晶化，洗滌干燥，得到產品。有益效果是：1、反應所用試劑易得、價廉、綠色無污染；2、分子篩晶體為納米尺度，有效比表面積大；3、納米尺度分子篩為小堆積結構，氣體擴散路徑短；4、通過籠擴張或開籠等方式提高了分子篩的微孔利用效率；5、與其他有機物、無機物復合性能高。

技術領域

本發明涉及一種新材料領域，特別涉及一種納米尺度分子篩@氧化石墨烯耦合材料的制備方法。

背景技術

分子篩是有TO₄四面體通過共頂點連接而形成的具有規則孔道結構的無機晶體材料，其特點在于：（1）孔道孔徑均一、尺寸一定；（2）孔隙率大、比表面積大；（3）高熱穩定性、高化學穩定性。由于分子篩具有以上特點，使其在催化、氣體吸附分離、傳感、生物醫藥等眾多領域都獲得廣泛的應用。納米尺度分子篩較之于傳統微米尺度分子篩，其優點在于具有更小的結晶尺度、更大的比表面積，更短的氣體擴散路徑，在氣體吸附分離領域更具應用前景。納米尺度分子篩作為氣體吸附分離材料所面臨的最主要挑戰為：（1）納米分子篩易團聚、孔口尺寸限制（微孔利用效率極低），導致氣體擴散受阻，氣體通量降低，納米分子篩晶體缺陷多，成膜后氣體選擇性低；（2）作為無機分離膜材料時，納米分子篩成膜性差，結構易被破壞，導致膜分離性能降低；（3）傳統分子篩制備方法需使用昂貴的有機模板劑，經濟性差且對、環境有害。

為改變納米分子篩的大堆積結構，減少孔口尺寸限制，縮短氣體擴散路徑，增強納米分子篩膜的成膜性，提高分子篩膜的穩定性和分離性能，人們利用氧化石墨烯與納米分子篩進行耦合，設計出新型耦合材料。氧化石墨烯是一種片層結構的材料，表面具有數量較多的極性官能團（羥基、羧基等）。研究表明氧化石墨烯可以與分子篩通過相互作用進行耦合，對分子篩有包覆和連接作用。Li等（Li, H., Liu, X., Qi, S., Xu, L., Shi, G., Ding, Y., et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 129, 14278-14283）通過無溶劑法，以四丙基溴化銨為有機模板劑，原位合成微米尺度ZSM-5分子篩@氧化石墨烯耦合材料。氧化石墨烯對分子篩的晶化有取向抑制作用，且對分子篩具有一定的包覆性，從而對分子篩的堆積具有一定抑制作用。Li等（Li, D., Qiu, L., Wang, K., Zeng, Y., Li, D., Williams, T., et al. Chemical Communications, 2012, 48(16), 2249-51.）通過水熱法，以四丙基氫氧化銨為模板劑，原位合成Silicalite分子篩@氧化石墨烯耦合材料。 SEM結果表明氧化石墨烯與Silicalite晶體緊密貼合，TEM結果證實氧化石墨烯通過覆蓋在分子篩表面以及插入分子篩晶體實現與silicalite的耦合。Khatamian 等人（Khatamian,M., Divband, B., Farahmand-Zahed, F. Materials Science Engineering C,2016, 66(1), 251-258.）通過水熱法合成了clinoptilolite分子篩@氧化石墨烯耦合材料，其SEM結果表明分子篩分散度良好，堆積現象得到了一定程度上的抑制。目前針對耦合材料的研究絕大多數為微米分子篩與氧化石墨烯耦合，此專利利用納米尺度分子篩進行耦合，以微觀的尺度，在納米晶成核階段，對分子篩的孔道和孔體積分布進行調控，影響納米尺度分子篩的堆積方式，提高微孔利用效率、減少納米晶分子篩的缺陷。