[發明專利]一種鋁基金屬有機骨架@活性炭復合材料的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201811318102.2
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109174019B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 程建華;武士川;余林玲;周健;張繼勇
• 申請（專利權）人: 東莞華工創為生物科技有限公司;華南協同創新研究院
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/20;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 桂婷

本發明屬于材料科學與工程領域，公開了一種鋁基金屬有機骨架@活性炭復合材料的制備方法及應用。本發明利用活性炭本身豐富的孔隙結構和表面豐富的含氧官能團參與MOFs材料的結晶過程，能夠在活性炭與MOFs晶體單元間產生新的晶型，并且形成新的孔道。該方法制備得到的復合材料具有獨特的晶型結構，與單獨的MOFs和活性炭相比，該方法制備的復合材料具有更大的比表面積。在吸附去除VOCs方面，復合材料相比于單獨的MOFs和活性炭具有更優異的性能。

技術領域

本發明屬于材料科學與工程領域，特別涉及一種鋁基金屬有機骨架@活性炭復合材料的制備方法及應用。

背景技術

金屬有機骨架材料(Metal-Organic Frameworks，MOFs)是通過有機橋聯配體和無機的金屬離子的配位構成的有序網絡結構。MOFs材料具有超高的比表面積，較低的晶體密度以及孔尺寸和功能可調性等優點，在VOCs吸附分離等領域展現出很好的應用前景。但是，由于MOFs材料原子密度低，不能提供足夠的色散力去捕獲小分子物質，因此一般會將其制備成復合材料，來克服或者削弱這種不足，從而提高MOFs類材料的吸附性能。

活性炭(AC)是一種常見的吸附劑，具有較豐富的孔隙結構，已經在VOCs治理方面廣泛應用，但是活性炭對VOCs的吸附能力并不理想。若能將MOF材料與常用的活性炭共同制備復合材料，不僅可以克服MOF材料本身缺陷，同時可能提升MOFs或活性炭對VOCs的吸附能力。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種鋁基金屬有機骨架@活性炭復合材料的制備方法。

本發明另一目的在于提供上述方法制備的鋁基金屬有機骨架@活性炭復合材料。

本發明再一目的在于提供上述鋁基金屬有機骨架@活性炭復合材料在吸附VOCs方面的應用。

本發明的目的通過下述方案實現：

一種鋁基金屬有機骨架@活性炭復合材料的制備方法，主要包括以下步驟：

(1)用水清洗活性炭，然后將清洗后的活性炭進行活化；

(2)將有機配體加入到反應溶劑中，攪拌使其完全溶解，然后加入步驟(1)中活化后的活性炭，攪拌混合均勻，得到混合液A；

(3)向步驟(2)混合液A中加入可溶性鋁鹽和輔助劑，混合均勻后形成溶液B，然后升溫反應，反應結束后得到鋁基金屬有機骨架@活性炭復合材料初產物；

(4)將步驟(3)得到的鋁基金屬有機骨架@活性炭復合材料初產物進行洗滌，然后加熱活化得到鋁基金屬有機骨架@活性炭復合材料終產物。

步驟(1)中所述的活性炭可為椰殼活性炭、煤質活性炭或木質活性炭中的至少一種。

步驟(1)中所述的活化是指在70～150℃加熱3～6h；或者在60～120℃真空加熱3～6h。

步驟(2)中所述的有機配體為對苯二甲酸；

步驟(2)中所述的反應溶劑為N,N′-二甲基甲酰胺、N,N′-二乙基甲酰胺、二甲基亞砜、N，N-二甲基乙酰胺或異丙醇中的至少一種。

步驟(3)中所述的可溶性鋁鹽為水合硝酸鋁或水合氯化鋁中的至少一種；

步驟(3)中所述的輔助劑為鈣羧酸或柳氮磺吡啶中的至少一種，輔助劑可以引導結晶和配位反應。

步驟(3)中所述的混合液A、可溶性鋁鹽和輔助劑的用量滿足混合液B中有機配體、可溶性鋁鹽、輔助劑、活化后的活性炭的質量比為10～20:10～26:3～15:1～20；所述的混合液B中的反應溶劑的用量滿足混合液B中的有機配體的質量濃度為10～20g/L。