[發(fā)明專利]一種對CO2具有高效分離的復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2019-04-15
• 公開（公告）號: CN109967039B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉大歡;韓國鵬;仲崇立
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/28;B01J20/30;B01D53/02
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一種對CO₂具有高效分離的復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用，屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域。該材料由[TETA]L和ZIF?8通過特定的合成方法，形成了殼層?介層?核結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了CO₂的逐級分離，使得CO₂在常溫條件下具有明顯的分子篩分效應(yīng)。結(jié)果表明在298 K下，IL?ZIF?IL材料對CO₂/CH₄的吸附選擇性高達2160，對CO₂/N₂的吸附選擇性高達5572，遠遠超過了其他常規(guī)的多孔材料性能。該材料為CO₂的有效分離提供了高效分離材料，在氣體利用方面具有重要工業(yè)應(yīng)用價值，在新材料設(shè)計及合成方面也具有重要的參考意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，提供了類沸石咪唑類骨架材料負載離子液體形成的殼層-介層-核的功能化新型復(fù)合材料的制備方法及相關(guān)應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前CO₂引發(fā)的溫室效應(yīng)問題引起了人們的廣泛關(guān)注。因此，為了實現(xiàn)CO₂的節(jié)能減排，研究一種高效的吸附材料具有深遠的意義。工業(yè)上常用的CO₂捕集的方法是用堿性溶液吸收，這種方法雖然操作方便，處理能力強，但是其對設(shè)備的腐蝕比較嚴重，而且能耗高，難以再生。因此急需開發(fā)一種高效的吸附劑。離子液體在CO₂分離方面具有很大的應(yīng)用潛力。而且離子液體不會有污染和毒害，高沸點，好分離，可重復(fù)使用被認為與超臨界CO₂，和雙水相一起構(gòu)成三大綠色溶劑，具有廣闊的應(yīng)用前景。但是純的離子液體往往具有較高的粘度，嚴重影響CO₂的擴散。多孔材料負載離子液體可以形成納米限域內(nèi)離子液體，解決因粘度而引起的擴散問題。

以多孔材料為基礎(chǔ)的新型固體吸附劑具有選擇性高，吸附量大，操作簡單方便，再生性能好，對設(shè)備沒有腐蝕性等優(yōu)點，尤其是通過無機金屬離子或金屬簇與有機配體經(jīng)過自組裝形成的金屬-有機骨架材料，受到了廣泛的研究。由于MOFs材料具有較高的比表面積和孔隙率，可調(diào)控的孔道尺寸等特性，其在包括氣體存貯、吸附分離、多相催化、化學(xué)傳感、藥物控釋等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。ZIF系列材料作為MOFs材料的重要分支，具有良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性和SOD拓撲結(jié)構(gòu)。我們基于ZIF-8和對CO₂具有較高吸附能力的離子液體[TETA]L, 結(jié)合兩種物質(zhì)的優(yōu)點于一體，構(gòu)筑了殼層-介層-核的功能化復(fù)合材料，達到了逐級吸附的目的，在CO₂的捕獲中具有高的選擇性和吸附量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種制備新型多層次復(fù)合材料的新方法及其在CO₂分離中的高效應(yīng)用。通過構(gòu)筑具有殼層-介層-核結(jié)構(gòu)的IL-ZIF-IL，強化材料對CO₂的選擇性吸附，實現(xiàn)CO₂的高選擇性分離。我們發(fā)現(xiàn)，IL-ZIF-IL材料在298 K下，對CO₂/CH₄ 和CO₂/N₂的分離選擇性分別高達2160, 5572，達到了分子篩分的效果。

1、本發(fā)明所述的新型復(fù)合材料，其具體合成方法如下：

（1）將一定量的乳酸在273 K條件下逐滴加入到等摩爾量的三乙烯四胺（TETA）中，同時開啟攪拌。滴加完畢后，將反應(yīng)體系置于常溫下反應(yīng)4小時，得到的離子液體置于350 K的真空烘箱中干燥12小時。

（2）3 g Zn(NO₃)₂·6H₂O的甲醇溶液加入到6.6 g的2-甲基咪唑的甲醇溶液中，室溫下充分攪拌2小時，離心，甲醇洗滌，真空干燥，得到白色粉末狀的ZIF-8。