[發(fā)明專利]金屬有機(jī)框架復(fù)合氣凝膠材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011248836.5
• 申請(qǐng)日: 2020-11-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112705129B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 仇若翔;趙園;魏歡怡;段承杰;林繼銘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中廣核研究院有限公司;中國(guó)廣核集團(tuán)有限公司;中國(guó)廣核電力股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B01J13/00
• 分類(lèi)號(hào): B01J13/00
• 代理公司: 華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 侯武嬌

本發(fā)明涉及一種金屬有機(jī)框架復(fù)合氣凝膠材料及其制備方法與應(yīng)用。該金屬有機(jī)框架復(fù)合氣凝膠材料包括有機(jī)纖維材料及金屬有機(jī)框架材料，具有羧基基團(tuán)的有機(jī)纖維材料通過(guò)羧基基團(tuán)與金屬有機(jī)框架材料形成金屬配位鍵連接，金屬有機(jī)框架材料在具有羧基基團(tuán)的有機(jī)纖維材料的表面上原位生長(zhǎng)延伸形成介孔結(jié)構(gòu)。有機(jī)纖維材料作為基體，解決了傳統(tǒng)無(wú)機(jī)材料韌性不夠的問(wèn)題。纖維表面形成介孔結(jié)構(gòu)的金屬有機(jī)框架材料，提高了氣凝膠材料的耐熱性能。有機(jī)纖維材料與金屬有機(jī)框架材料通過(guò)羧基與金屬中心配位連接，使得有機(jī)纖維材料與金屬有機(jī)框架材料結(jié)合緊密，結(jié)合度遠(yuǎn)大于常規(guī)物理結(jié)合的復(fù)合氣凝膠材料，因而不容易發(fā)生“掉粉”、易碎等問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功能材料領(lǐng)域，特別是涉及一種金屬有機(jī)框架復(fù)合氣凝膠材料及其制備方法。

背景技術(shù)

核電廠通常使用硅酸系纖維材料作為保溫材料。近年來(lái)，有提出使用無(wú)機(jī)氣凝膠作為保溫層材料。具體地，氣凝膠是一種固體物質(zhì)形態(tài)，世界上密度最小的固體，由于氣凝膠中一般80％以上是空氣，所以具有非常好的隔熱效果。其中，無(wú)機(jī)氣凝膠是一種由納米粒子相互聚集而形成的具有納米級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的材料，其高孔隙率降低了固相材料的熱傳導(dǎo)，因而能夠作為保溫層材料。

二氧化硅氣凝膠材料是目前研究較多的一種無(wú)機(jī)氣凝膠材料，但是純的二氧化硅氣凝膠的脆性比較大，力學(xué)性能相對(duì)較差，因而發(fā)展出了二氧化硅氣凝膠纖維復(fù)合材料。二氧化硅氣凝膠纖維復(fù)合材料具有低導(dǎo)熱系數(shù)、良好力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，但是由于氣凝膠不能與纖維充分接觸結(jié)合，從而導(dǎo)致二氧化硅氣凝膠纖維復(fù)合材料容易發(fā)生“掉粉”現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供組分結(jié)合緊密、耐高溫性能良好的金屬有機(jī)框架復(fù)合氣凝膠材料及其制備方法與應(yīng)用。

本發(fā)明提供了一種金屬有機(jī)框架復(fù)合氣凝膠材料，包括金屬有機(jī)框架材料及具有羧基基團(tuán)的有機(jī)纖維材料，所述具有羧基基團(tuán)的有機(jī)纖維材料通過(guò)所述羧基基團(tuán)與所述金屬有機(jī)框架材料形成金屬配位鍵連接，所述金屬有機(jī)框架材料在所述具有羧基基團(tuán)的有機(jī)纖維材料的表面上原位生長(zhǎng)延伸形成介孔結(jié)構(gòu)。

在其中一些實(shí)施例中，所述介孔結(jié)構(gòu)的孔徑為20nm～50nm。

在其中一些實(shí)施例中，所述具有羧基基團(tuán)的有機(jī)纖維材料為羧基改性的木質(zhì)纖維。

在其中一些實(shí)施例中，所述具有羧基基團(tuán)的有機(jī)纖維材料的直徑為30nm～100nm。

在其中一些實(shí)施例中，所述金屬有機(jī)框架材料選自鋁基金屬有機(jī)框架材料及鐵基金屬有機(jī)框架材料中的一種。

在其中一些實(shí)施例中，所述具有羧基基團(tuán)的有機(jī)纖維材料為羧基改性的木質(zhì)纖維，所述金屬有機(jī)框架材料為鋁基金屬有機(jī)框架材料。

在其中一些實(shí)施例中，所述具有羧基基團(tuán)的有機(jī)纖維材料碳化為無(wú)機(jī)纖維。

上述金屬有機(jī)框架復(fù)合氣凝膠材料，包括有機(jī)纖維材料及金屬有機(jī)框架材料，有機(jī)纖維材料與金屬有機(jī)框架材料之間通過(guò)羧基連接。采用有機(jī)纖維材料作為基體，解決了傳統(tǒng)無(wú)機(jī)材料成型韌性不夠的問(wèn)題。金屬有機(jī)框架材料在有機(jī)纖維表面形成介孔結(jié)構(gòu)，這種中空的介孔結(jié)構(gòu)有效的提高了氣凝膠材料的整體的耐熱性能，承受350℃以上的高溫也能保證材料的完整性。有機(jī)纖維與金屬有機(jī)框架材料之間通過(guò)羧基與金屬中心配位連接，通過(guò)化學(xué)鍵合的方式，使得有機(jī)纖維與金屬有機(jī)框架材料結(jié)合緊密，其結(jié)合度遠(yuǎn)大于常規(guī)物理方式結(jié)合的復(fù)合氣凝膠材料，因而不容易發(fā)生“掉粉”、易碎等問(wèn)題。

由于有機(jī)纖維材料不耐高溫，通過(guò)退火處理使金屬有機(jī)框架復(fù)合氣凝膠材料的有機(jī)纖維碳化成為無(wú)機(jī)纖維，使得金屬有機(jī)框架復(fù)合氣凝膠材料在1300℃的高溫下，也能保持材料形態(tài)的完整，能夠適應(yīng)更高溫的隔熱需求。

本發(fā)明還提供了一種金屬有機(jī)框架復(fù)合氣凝膠材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

將有機(jī)纖維材料修飾羧基基團(tuán)；