[發明專利]一種金屬有機框架吸附材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202211634780.6
• 申請日: 2022-12-19
• 公開（公告）號: CN115945177A
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 李妮婭;劉東;趙宇婷;羅宇霞
• 申請（專利權）人: 淮陰師范學院
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/30;E03B3/28;B01D53/02;C08G83/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 喬恒婷

本發明公開了一種金屬有機框架吸附材料及其制備方法和應用。本發明金屬有機框架吸附材料為[Nisubgt;2/subgt;(μsubgt;2/subgt;?OHsubgt;2/subgt;)(5?COOH?ip)subgt;2/subgt;(4,4'?tpcb)]subgt;n/subgt;，其中4,4'?tpcb為1,2,3,4?四(4?吡啶基)環丁烷，5?COOH?ip為5?甲酸間苯二甲酸根，n為重復單元數，是任意正整數。本發明利用金屬有機框架材料的孔道和強親水性的羧基富集空氣中的水分，集水量占自身重量的17.7％。利用太陽能的熱效應可將金屬有機框架材料中的水分汽化，再通過冷凝將水蒸氣轉化為液態水。該金屬有機框架材料穩定性好，且可重復使用多次。

技術領域

本發明屬于吸附材料領域，具體涉及一種金屬有機框架吸附材料及其制備方法和從空氣中吸附取水的應用。

背景技術

水資源短缺和人口增加的矛盾日益嚴峻，水資源的短缺已經成為人類面臨的嚴重危機。據預測，2050年將有50億人面臨生活用水短缺，特別是地廣人稀的干旱地區的淡水供應問題。采用建造成本高，工期長的集中式大規模的供水設施，顯然不合適。發展高效節能、實用安全的取水技術勢在必行。面向社區及家庭的分散式取水系統對于解決內陸干旱地區的生活用水問題顯然更具實用價值。

淡水短缺是威脅人類生存發展的挑戰之一。利用吸附材料從空氣中取水是解決這一問題的一種有效方法。對于干旱地區缺水難題，人們開發了基于金屬有機骨架材料(MOFs)的新型復合吸附材料，應用在空氣取水裝置中，實現從空氣中吸附、收集液態飲用水，具有效率高、零耗能、循環穩定性好等優勢。

發明內容

本發明提供了一種金屬有機框架吸附材料及其制備方法和應用。本發明利用金屬有機框架材料的孔道和強親水性的羧基富集空氣中的水分，集水量占自身重量的17.7％。利用太陽能的熱效應可將金屬有機框架材料中的水分汽化，再通過冷凝將水蒸氣轉化為液態水。該金屬有機框架材料穩定性好，且可重復使用多次。

本發明金屬有機框架吸附材料，為[Ni₂(μ₂-OH₂)(5-COOH-ip)₂(4,4'-tpcb)]_n，其中4,4'-tpcb為1,2,3,4-四(4-吡啶基)環丁烷，5-COOH-ip為5-甲酸間苯二甲酸根，n為重復單元數，是任意正整數。

其中，1,2,3,4-四(4-吡啶基)環丁烷和5-甲酸間苯二甲酸根的結構式分別如下所示：

本發明金屬有機框架材料屬于晶態材料，其空間群為Fdd2，晶胞參數為α＝90°，β＝90°，γ＝90°。

本發明金屬有機框架材料在空氣濕度20％-30％的低濕環境中，可快速吸附空氣中的水分，實現低濕地區社區或家庭分散式小規模空氣取水。

本發明金屬有機框架吸附材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：1,2,3,4-四(4-吡啶基)環丁烷與5-醛基間苯二甲酸以及硝酸鎳制備[Ni₂(μ₂-OH₂)(5-CHO-ip)₂(4,4'-tpcb)]_n。在Z形玻璃管中加入1,2,3,4-四(4-吡啶基)環丁烷與5-醛基間苯二甲酸的N,N'-二甲基甲酰胺溶液，隨后向玻璃管中緩慢加入少量乙醚，再緩慢加入硝酸鎳的N,N'-二甲基甲酰胺溶液，反應3天后，可得到藍綠色的塊狀晶體[Ni₂(μ₂-OH₂)(5-CHO-ip)₂(4,4'-tpcb)]_n，過濾、洗滌、晾干、收集塊狀晶體。將晶體置于空氣中晾干，孔道中的溶劑分子完全揮發。