[发明专利]一种吸附CO2的金属-有机框架材料La-BDC及其改性物的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及CO₂吸附材料，具体涉及一种能在较低温度和低压环境中高效吸附CO₂的金属-有机框架材料La-BDC及其改性物的制备方法。

【背景技术】

二氧化碳(CO₂)是目前世界上最主要的温室气体，同时也是C1家族中最廉价、最丰富的资源，并且CO₂应用领域广泛，例如CO₂用作灭火剂；CO₂用作萃取剂，对食品、饮料、油料、香料、药物等进行加工萃取；CO₂用作食品保鲜剂，可有效地防止食品中细菌、霉菌的生长，避免食品变质，并能保鲜和维持食品原有的风味和营养成分；CO₂用作生产甲醇、甲烷、甲醚、聚碳酸酯等化工产品的原料；CO₂用作油田注入剂，有效驱油提高采油率；CO₂用于保护电弧焊，避免金属表面氧化，同时提高焊接速度等。因此，CO₂分离捕集已成为各国关注焦点，而发展高效的CO₂吸附材料是其关键所在。

目前工业上主要利用液氨对CO₂进行吸收，但该方法具有吸收过程中产生氨基甲酸盐等副产物、对设备腐蚀严重、再生过程中需消耗大量水蒸气造成资源浪费等缺点。针对现有CO₂捕获技术的不足，设计开发具有吸附容量大、吸附-脱附温度低和能耗小的CO₂吸附材料是业界正在探索的。

金属-有机框架(Metal-organic framework，缩写为MOFs)材料是一类新型多孔无机-有机杂化的功能材料，此类材料具有比表面积大、规则的内部排列、特殊的拓补结构等特点，常规金属-有机框架(MOFs)材料也能有效地吸附CO2，但他们通常是由来自原油的材料制成，并且通常含有毒重金属。

在金属-有机框架(MOFs)材料合成过程中，使用的溶剂和去质子化试剂有时可与金属元素上裸露的金属位进行配位，从而得到不同结构的金属-有机框架(MOFs)材料。目前金属-有机框架(MOFs)材料的设计主要集中于改变有机配体以合成不同类型的金属-有机框架(MOFs)材料，并且配体结构日趋复杂。而La-BDC类金属-有机框架材料的制备主要通过改变金属盐溶液、有机配体、溶剂、去质子化试剂等因素制得。如利用1，2-双(4-吡啶基)乙烷(BPE)为去质子化试剂，将计算量的La(NO₃)₃·6H₂O、间苯二甲酸、BPE及去离子水混合，在180℃下结晶2天，制得黄色晶体[La₄(BDC)₆(H₂O)₅](H₂O)。

然而，目前La-BDC类框架材料多以单晶培养为主，应用于气体吸附分离者甚小，并且将其应用于此领域的相应材料多以有机物为去质子化试剂，如DMF、吡啶、联吡啶等，这些有机物对人体危害比较明显。另外，所制备的金属-有机框架材料吸附量较小，不能达到对气体进行高效吸附的目的。因此，设计简单易行且吸附量大的La-BDC类金属-有机框架材料是一大挑战。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种具有高效CO₂吸附性能的金属-有机框架材料La-BDC及其改性物的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供一种吸附CO₂的金属-有机框架材料La-BDC的制备方法，包括下述步骤：

将La(NO₃)₃溶于去离子水，形成溶液A；

将1，4-苯二甲酸溶于无机碱溶液，形成溶液B；

在室温下，使该溶液A与该溶液B混合，得到第一混合溶液，在150℃-180℃下使该第一混合溶液结晶18小时-30小时，得到第一固体产物，用去离子水将该第一固体产物洗涤至中性，将该洗涤至中性的第一固体产物在马弗炉中以5℃-10℃/min的速率升温至180℃-200℃，保持4小时-6小时，得到金属-有机框架材料La-BDC。

上述制备方法中，该无机碱溶液是NaOH溶液、KOH溶液、Na₂CO₃溶液或K₂CO₃溶液。