一种金属有机骨架吸附材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及吸附材料领域，具体涉及一种金属有机骨架吸附材料及其制备方法与应用

【技术实现步骤摘要】
一种金属有机骨架吸附材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及吸附材料领域，具体涉及一种金属有机骨架吸附材料及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]氢能源有着碳足迹低
、
能量密度较高
、
生产原料易得
、
可再生，对于环境友好程度远高于化石能源等优点，随着近年来传统化石能源的短缺，氢能的开发与利用显得更加迫切且重要，作为未来燃料，氢能将成为储存与运输能源的主要手段
。
[0003]液态有机氢载体是存储氢的一种有效方法，其将不饱和液态有机物作为储氢剂，以相应饱和物为氢载体，进行可逆储氢和释放应用，但该方法在脱氢反应中会伴随少量有机烃类，以
N
‑
乙基咔唑为例
。
该反应尾气除氢气外，还会伴有甲烷
、
乙烷
、
一氧化碳等杂质产生
。
对于氢气的提纯主要采用吸附法，选取吸附性能良好的吸附剂对于吸附法而言是最重要的环节，目前，目前主要被广泛应用及研究的吸附剂有多孔碳材料
、
沸石分子筛和粘土基吸附剂
、
金属有机框架材料
(MOFs)、
有序介孔硅等，其中，最具优势的活性炭在氢气净化上有良好的效果，但由于其孔径分布
、
比表面积和孔体积等方面有较大的局限性，难以提高其气体的储存能力，因此采用金属离子和有机配体配合而成的金属有机框架材料
(MOFs)
能够在不同气体的储存与分离方面取得优势
。
[0004]现有技术提供了一种
HKUST
‑1材料
、
制备方法与应用，通过将铜源与均苯三酸在有机溶剂中反应，经多次离心得到金属有机框架材料，但其制备得到的
HKUST
‑1的比表面积，孔容积不高，且仅能够在较高压下吸附甲烷气体，无法实现在较小的压力条件下对甲烷气体进行高效吸附
。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的金属有机框架材料比表面积
、
孔容积小且无法在较低压力下使用的技术缺陷，从而提供一种金属有机骨架吸附材料的制备方法与应用，能够提高对轻烃化合物的吸附量，使得吸附材料在较低的压力下实现吸附，降低了吸附难度
。
[0006]本专利技术提供一种金属有机骨架吸附材料的制备方法，包括如下步骤，
[0007]S1
，在溶剂的存在下，将硝酸铜与
1,3,5
‑
苯三甲酸通过超声处理混合形成混合液；
S2
，对混合液进行水热合成反应后，固液分离，制得金属有机骨架吸附材料，所述固液分离的步骤包括离心，洗涤，干燥，所述洗涤步骤为依次采用有机溶剂和乙醇浸泡，其中，乙醇的浸泡时间为2‑
12h。
[0008]优选的，还包括
S3
，向固液分离后的母液加入硝酸铜和
1,3,5
‑
苯三甲酸，重复步骤
S2
制得金属有机骨架吸附材料
。
[0009]优选的，还包括
S4
，将制得的金属有机骨架吸附材料制成颗粒的步骤，所述颗粒的粒径小于等于
50
目
。
[0010]所述硝酸铜与
1,3,5
‑
苯三甲酸通过超声处理混合的步骤为将硝酸铜溶液与
1,3,5
‑
苯三甲酸溶液进行超声处理形成混合液
。
[0011]所述步骤
S1
中所述溶剂包括去离子水
、DMF、
乙醇中的至少一种
。
[0012]所述硝酸铜溶液的配制方法为将硝酸铜通过超声处理溶解于去离子水
、DMF
中的至少一种溶剂中
。
[0013]所述
1,3,5
‑
苯三甲酸溶液的配制方法为将
1,3,5
‑
苯三甲酸通过超声处理溶解于乙醇溶液
、DMF
溶液中的至少一种溶剂中
。
[0014]所述步骤
S1
和
/
或步骤
S3
中的所述硝酸铜与
1,3,5
‑
苯三甲酸的质量比为2‑
7:2.5
，优选为
2:2.5。
[0015]所述步骤
S2
中水热合成反应的温度
75
‑
120℃
，反应时间3‑
24h。
所述超声处理的超声频率为
20
‑
80kHz
，处理时间
15
‑
30min。
所述洗涤步骤中的有机溶剂为
DMF。
[0016]本专利技术还提供一种由上述制备方法制得的吸附材料
。
[0017]本专利技术提供的由上述制备方法制得的吸附材料能够应用于在脱氢尾气净化
、
氢燃烧电池或吸附氢气中轻烃化合物中
。
所述吸附氢气中轻烃化合物的吸附压力为2‑
10bar。
优选的，吸附温度为
25
‑
45℃。
优选的，气体的流速为2‑
10mL/min。
优选的，所述轻烃化合物为甲烷
、
乙烷中的至少一种
。
[0018]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0019]1.
本专利技术提供的金属有机骨架吸附材料的制备方法，包括，在溶剂的存在下，将硝酸铜与
1,3,5
‑
苯三甲酸通过超声处理混合形成混合液；对混合液进行水热合成反应后，固液分离，制得金属有机骨架吸附材料，其中，所述固液分离的步骤包括离心，洗涤，干燥，所述洗涤步骤为依次采用有机溶剂和乙醇浸泡，其中，乙醇的浸泡时间为2‑
12h。
本专利技术提供的制备方法，提出通过超声处理提高硝酸铜与
1,3,5
‑
苯三甲酸的混合程度，不仅有利于金属有机骨架吸附材料三维聚合物网络的生成，更有利于缩短洗涤过程中乙醇的浸泡时间，由于乙醇中的羰基的极性，使得与
1,3,5
‑
苯三甲酸结合较弱的硝酸铜离子化合物能够溶于乙醇，因此采用乙醇将液体中未完全反应的活性金属盐溶解并去除
。
但若乙醇浸泡时间过长，将导致吸附材料中3‑
5mm
孔径的中孔逐渐变小，微孔占比逐渐增加，因此，本专利技术通过步骤
S1
采用超声处理促进活性金属硝酸铜与有机配体
1,3,5
‑
苯三甲酸的混合程度，将水热反应后制得的金属骨架吸附材料在乙醇中的浸泡时间缩短在2‑
12h
，既能够完全去除样品未反应的杂质，又能够有利于吸附材料中微孔
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种金属有机骨架吸附材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，
S1
，在溶剂的存在下，将硝酸铜与
1,3,5
‑
苯三甲酸通过超声处理混合形成混合液；
S2
，对混合液进行水热合成反应后，固液分离，制得金属有机骨架吸附材料，所述固液分离的步骤包括离心，洗涤，干燥，所述洗涤步骤为依次采用有机溶剂和乙醇浸泡，其中，乙醇的浸泡时间为2‑
12h。2.
根据权利要求1所述的金属有机骨架吸附材料的制备方法，其特征在于，还包括
S3
，向固液分离后的母液加入硝酸铜和
1,3,5
‑
苯三甲酸，重复步骤
S2
制得金属有机骨架吸附材料
。3.
根据权利要求1‑2任一项所述的金属有机骨架吸附材料的制备方法，其特征在于，还包括
S4
，将制得的金属有机骨架吸附材料制成颗粒的步骤，所述颗粒的粒径小于等于
50
目
。4.
根据权利要求3所述的金属有机骨架吸附材料的制备方法，其特征在于，所述硝酸铜与
1,3,5
‑
苯三甲酸通过超声处理混合的步骤为将硝酸铜溶液与
1,3,5
‑
苯三甲酸溶液进行超声处理形成混合液
。5.
根据权利要求4所述的金属有机骨架吸附材料的制备方法，其特征在于，所述步骤
S1
中所述溶剂包括去离子水
、DMF、
乙醇中的至少一种；和
/
或，所述硝酸铜溶液的配制方法为将硝酸铜通过超声处理溶解于去离子水
、DMF
中的至少一种溶剂中；和
/
或，所述
1,3,5
‑
苯三甲酸溶液的配制方法为将
1,3,5
‑
苯三甲酸通过超声处理溶解于乙醇溶液
、DMF
溶液中的至少一种溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：北京海望氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：