[發明專利]離子液體改性金屬-有機框架材料的制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010545392.5
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111644156A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 易群;史利娟;吳玉程;李杰;高麗麗;單媛媛;齊凱;王曉波;李聰明;張靜;張鼎
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發明公開了一種離子液體改性金屬?有機框架材料的制備方法和應用。在合成金屬?有機框架材料（Metal Organic Frameworks）的過程中引入離子液體，制備出一種具有優異CO₂和O₂選擇性分離性能的材料。該方法集成了離子液體功能性以及三維金屬?有機框架材料穩定性高、制備方法簡單、可循環使用等優點，是一種極具工業應用潛力的氣體分離材料。

技術領域

本發明涉及一種CO₂、O₂氣體分離材料，具體涉及一種離子液體改性金屬-有機框架材料的制備方法和應用。

背景技術

全球氣候變暖已成為備受關注的環境問題，以CO₂為主的溫室氣體的大量排放是導致溫室效應加劇的主要原因。當前CO₂的主要排放來源依舊是工業廢氣的排放，對工業廢氣中的氣體進行選擇性分離和捕集，可以大大降低CO₂分離與捕集儲存的成本。

離子液體是完全由陰、陽離子構成，在低于100℃溫度范圍內呈液態的有機鹽。離子液體具有不揮發、蒸汽壓低、液態范圍寬、熱穩定性高、溶解能力強、結構和性質可調節等特性。為了滿足不同反應的需求，將特定的功能基團接枝到離子液體的陽離子或陰離子結構上來合成具有獨特性質的離子液體，即功能化離子液體。

金屬-有機框架材料（MOFs）是由金屬離子與有機配體通過自組裝過程而生成的一類新型多孔材料，具有比表面積大，孔道結構規整，孔道和表面化學性質可調變等特征，在吸附、分離和催化等方面均表現出了廣闊的應用前景。ZIF-8是MOFs材料的一種，它是以2-甲基咪唑為有機配體和金屬Zn²⁺構建的三維金屬-有機框架材料。ZIF-8是沸石咪唑酯框架類材料中最具代表性的一種，不僅具備一般金屬-有機框架材料的優點，還具有更加優良的水熱穩定行。ZIF-8的單個晶胞由8個直徑為3.4 ?的窗口圍成直徑為11.6 ?大孔籠。ZIF-8作為典型的多孔納米材料，具有高的比表面積、大的孔體積、規則的孔道結構、表面電子作用力以及良好的水熱穩定性等優點。

工業煉鐵領域中多數采用帶有燃燒室的豎爐進行煉鐵，燃燒室中煤氣的燃燒不僅會產生大量的CO₂氣體，同時廢氣中還殘有剩余的過量O₂，因此對混合氣體進行選擇性分離應用成為一個當前亟待發展的熱點技術。

發明內容

本發明旨在提供一種離子液體改性金屬-有機框架制成的二氧化碳和氧氣分離材料的制備方法和應用，通過引入一系列富含活性位點的離子液體，在不改變材料穩定框架結構的基礎上，制備出一種具備對CO₂和O₂選擇性捕集分離能力的新型材料，實現了對材料孔結構和氣體選擇性吸附分離性能的調控。

本發明中提供的二氧化碳和氧氣分離材料，是在合成金屬-有機框架材料ZIF-8的過程中引入離子液體。本發明選用的一系列氨基離子液體，含有豐富的堿性位點，在分離氣體時可以有效的吸附CO₂，從而實現有效分離氣體的目的。通過調節離子液體的結構和比例，在不改變材料穩定框架結構的基礎上，實現了對材料孔結構和氣體選擇性吸附分離性能的調控。該方法集中了離子液體功能性以及三維金屬-有機框架材料穩定性高、制備方法簡單、可循環使用等優點，是一種極具工業應用潛力的氣體分離材料。

本發明提供了一種離子液體改性金屬-有機框架材料的制備方法，是將2-甲基咪唑和離子液體分散在甲醇溶液中，滴入六水合硝酸鋅，在合成金屬-有機框架材料ZIF-8的過程中引入離子液體，得到離子液體改性金屬-有機框架材料。

所述的配體2-甲基咪唑，金屬離子是Zn²⁺。