一种铕基金属有机框架材料作为水蒸气吸附材料的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种稀土基金属有机框架材料作为水蒸气吸附材料的应用。该稀土基金属有机框架材料，由Eu(NO3)3·

【技术实现步骤摘要】
一种铕基金属有机框架材料作为水蒸气吸附材料的应用


[0001]本专利技术涉及一种铕基金属有机框架材料的新用途，具体涉及一种以Eu(III)为中心金属离子、H6TTHA为有机配体组装形成的金属有机框架材料作为水蒸汽吸附材料应用，属于环境材料


技术介绍

[0002]在现代社会，人们的生活方式已经从以前的露天场所转移到更加封闭的室内环境，尤其是在极热或极冷的地区。对于室内工程师而言，一个严峻的挑战便是如何来调节室内的湿度。需要注意的是，在缺乏合理措施控制的情况下，比如通风和吸附，室内的水分会积累，所以容易滋生霉菌和其它真菌。最近的研究表明，长时间暴露在有毒的真菌中会导致过敏和传染性疾病。适宜的而且保证健康的室内相对湿度应该控制在45％～65％。水蒸汽的吸附是湿度控制的一个重要指标。所以，选择合适的吸附材料至关重要。相比于沸石和硅凝胶等传统的多孔材料，金属有机框架材料(MOFs)具有较大的比表面积、结构的可调节性以及对分子的亲和性，而且其精确的结构可以为研究水蒸汽的吸附过程以及吸附机理提供可视化的平台。但是到目前为止，对水蒸汽具有潜在吸附能力的MOFs材料较少，关于其应用则更少。

技术实现思路

[0003]针对传统水蒸汽吸附材料存在的不足，本专利技术的目的是在于提供了一种铕基金属有机框架材料在水蒸汽吸附中的应用，该铕基金属有机框架材料对水蒸汽表现出持续增强的吸附性能，且在高湿度环境下仍能保持框架结构的稳定，因而可以长期循环使用，是一种极具潜在应用价值的水蒸气吸附材料，且该铕基金属有机框架材料易于获得，通过水热法在酸性介质中一步合成，操作简单，成本低，有利于扩大生产。
[0004]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种铕基金属有机框架材料的应用，其作为水蒸汽吸附材料应用；
[0005]所述铕基金属有机框架材料具有以下化学表达式：
[0006]{[Eu2(TTHA)(H2O)4]·
9H2O}
n
；
[0007]其中，
[0008]n为大于1的整数；
[0009]TTHA的分子结构式为：
[0010][0011]所述铕基金属有机框架材料是由Eu(NO3)3·
6H2O和TTHA通过配位作用组装形成。其中，Eu2(TTHA)(H2O)4]·
9H2O为所述铕基金属有机框架材料聚合结构中的一个组成单元，n表示聚合数(n>1)。TTHA表示H6TTHA失去了6个质子形成的阴离子基团。
[0012]作为一个优选的方案，所述铕基金属有机框架材料属单斜晶系，空间群为C2/c，晶体参数：α＝90
°
，β＝91.265(4)
°
，γ＝90
°
，D
calc
＝2.119g
·
cm
‑3，Z＝4，μ＝4.048mm
‑1，F(000)＝1984.0。
[0013]本专利技术所涉及的铕基金属有机框架材料呈三维网状结构，其孔道中含有大量的水分子，这些水分子之间通过氢键作用形成了罕见的无限水簇结构，即(H2O)
n
(n
→
+∞)。进一步地，(H2O)
n
与羧酸氧原子之间形成了更加丰富的氢键网络。可以看出，该铕基金属有机框架材料对水分子具有很强的亲和力。
[0014]作为一个优选的方案，在室温下，铕基金属有机框架材料对水蒸气的吸附性能随着RH增加而递增。
[0015]作为一个优选的方案，RH控制在70～95％范围内。在优选的RH范围内，铕基金属有机框架材料表现特别突出的水蒸气吸附性能。
[0016]作为一个优选的方案，将H6TTHA和硝酸铕加入至水/乙腈混合溶剂中，调节溶液体系的pH值至酸性后，进行水热反应，即得。
[0017]作为一个较优选的方案，H6TTHA和硝酸铕的质量比为0.2～2:0.15～2.5。
[0018]作为一个较优选的方案，所述水/乙腈混合溶剂中水与乙腈的体积比为30～80:10～30。
[0019]作为一个较优选的方案，溶液体系的pH值调节至0.5～5。调节pH一般采用稀盐酸，稀盐酸的浓度为1～6mol/L。
[0020]作为一个较优选的方案，所述水热反应的条件为：在100～160℃下保温24～72h。
[0021]作为一个较优选的方案，所述铕基金属有机框架材料为无色针状晶体。
[0022]本专利技术所述铕基金属有机框架材料的制备方法，包括以下具体操作：将H6TTHA 0.2～2g、Eu(NO3)3·
6H2O0.15～2.5g加入到去离子水30～80mL和乙腈10～30mL的混合液中，并用浓度为1～6mol/L的盐酸溶液调节pH值至0.5～5，然后加入到聚四氟乙烯内衬，置于高压釜中，在100～160℃下恒温放置24～72h，冷却后有无色针状晶体析出，用去离子水洗涤晶体多次，收集清洗之后的无色针状晶体，并在60～160℃下真空干燥24h，即得。
[0023]本专利技术所述铕基金属有机框架材料在25℃以及0～95％RH范围内对水蒸汽表现出持续增强的吸附性能，在95％RH时达到最大，为8.523wt％。且该材料在高湿度环境下仍能保持框架结构的稳定，因而可以长期循环使用，是一种吸附性能良好的吸附材料。
[0024]本专利技术所述铕基金属有机框架材料的水蒸汽吸附过程可以描述为：初始阶段(0～10％RH)的水分子吸附(3.135wt％)归于氢键的相互作用。随后，水分子的吸附速率比较缓慢，在70％RH时，接近6.382wt％，这个过程是由于水簇的生长，需要较高的湿度来推动水分子的吸附，可以解释70～95％RH范围内水蒸汽吸附量的快速增加，在高湿度条件下具有较高的水蒸汽吸附能力，说明水簇需要有足够的能量维持在孔内。
[0025]本专利技术所述铕基金属有机框架材料优异的水蒸汽吸附性能可以归因于以下因素：(1)所述材料的晶体结构中含有大量的水分子以及亲水的—COO
‑
基团，易于通过氢键作用吸附水分子；(2)所述材料的中心金属离子为Eu(III)，从配位环境可以看出，Eu(III)离子
在该晶体结构中的配位数为8，对于镧系金属离子而言，其配位点并未饱合，因而可以通过配位作用螯合更多的水分子；(3)所述材料的晶体结构中含有大量规则分布的孔道，可以容纳水分子；(4)所述材料稳定的框架结构为水蒸汽的吸附提供了有利的保障。
[0026]相对现有技术，本专利技术的技术方案带来的有益技术效果：
[0027]本专利技术提供的铕基金属有机框架材料是由Eu(NO3)3·
6H2O和TTHA通过配位作用组装形成，呈现三维网状结构。而且晶体的孔道中含有大量的水分子，这些水分子之间通过氢键作用形成了罕见的无限水簇结构，即(H2O)
n
(n
→
+∞)。进一步地，(H2O)
n
与羧酸氧原子之间形成了更加丰富的氢键网络，表现出对水分子很强本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铕基金属有机框架材料的应用，其特征在于：作为水蒸汽吸附材料应用；所述铕基金属有机框架材料具有以下化学表达式：{[Eu2(TTHA)(H2O)4]
·
9H2O}
n
；其中，n为大于1的整数；TTHA的分子结构式为：2.根据权利要求1所述的一种铕基金属有机框架材料的应用，其特征在于：所述铕基金属有机框架材料属单斜晶系，空间群为C 2/c，晶体参数：2/c，晶体参数：α＝90
°
，β＝91.265(4)
°
，γ＝90
°
，D
calc
＝2.119g
·
cm
‑3，Z＝4，μ＝4.048mm
‑1，F(000)＝1984.0。3.根据权利要求1所述的一种铕基金属有机框架材料的应用，其特征在于：在室温下，铕基金属有机框架材料对水蒸气的吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯浩波，冯露，董祎挈，曾天宇，
申请(专利权)人：肇庆市武大环境技术研究院，
类型：发明
国别省市：