[发明专利]基于回收废品制备金属-有机框架多孔吸附材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种基于回收废品制备金属-有机框架多孔吸附材料的方法。

背景技术

近十年逐渐发展起来的金属—有机框架（metal-organic frameworks（MOF））是以金属离子或金属团簇作为框架节点，用有机小分子配体作为骨架通过配位键连接这些节点形成的空间网络的晶态结构。这种材料总可以通过分子级别设计、合成（包括对有机配体的修饰和金属节点的掺杂）来实现多孔材料的功能化，因而MOF的出现使得对多孔材料研究从对天然产物的探索阶段，走上了人工设计的时代，大大推动了新材料的合成和应用。在MOF材料发现前，虽然理论上已经预言了上百万个可能的多孔体系的结构，但对于传统的沸石材料，实验上仅发现了不到200个结构（D.Bradshaw,Acc.Chem.Res.38(2005)273），而在MOF体系发现后的十几年来，就有数千个结构被合成出来，每年报道的新型MOF材料的数目按指数规律增长，平均每3.5年总数就翻一倍。

MOF是目前人类发现、制备的最轻的晶体材料，这得益于它令人吃惊的比表面积。比表面积是衡量多孔材料特性的重要参数，传统材料中沸石类材料的比表面积一般仅有几百m²/g，活性炭则能达到上千m²/g，而一般MOF的比表面积都可以达到几千m²/g。在相同的表面积情况下，MOF的质量比传统材料低一个数量级，这将大大节省吸附剂生产、运输以及后期处理的成本和能耗。作为传统多孔材料——沸石全球每年的总市场价值高达3500亿美元（Yaghi,Acc.Chem.Res.43(2010)58），然而从上述材料可知沸石材料的性能并不优越。因而MOF材料作为沸石的替代品，有着巨大的应用前景和市场潜力。虽然大量的新型MOF结构被合成出来，并且表现了相当好的应用潜力，但是真正的现实应用还远远滞后于新材料的开发，这种情况在其他材料领域的发展过程中都是非常少见的。特别是对于大规模的生产工艺的研发几乎被完全忽略掉。Norbert Stock在2012年的MOF材料合成综述文章中指出：制约MOF材料真正走进生产和生活的除了目前科学家们关注的新功能和高性能之外，更重要的是面向高产量、低成本的工艺研究，以下几个方面是关键所在：（1）材料的可利用性和成本；（2）合成条件；（3）工艺流程；（4）活化流程；（5）产率；（6）提纯；（7）降低溶剂使用（Chem.Rev.112(2012)933）。其中首要的就是原料的成本和可用性是实现MOF工业生产的关键问题。

随着个人电子信息产品的普及，社会对于电池的需求不断增大。目前全国碱性电池和锂离子电池的年产量接近50亿只。通常电池中含有剧毒的汞金属材料，因而不能用普通的填埋方式处理，不断攀升的电池产量环境造成巨大的压力。近年来,无汞和低汞电池逐渐普及，虽然原则上无汞电池能够按照普通垃圾处理，然而对于无汞电池和含汞电池进行分拣本身就是非常大的难题。更重要的是电池中主要组成成分为金属，其重量超过单只重量的50%。目前由于回收技术的不成熟和回收物产品附加值低等因素使得电池的回收再利用甚至远不如高分子材料，造成巨大的资源浪费。

发明内容

本发明解决的技术问题是针对金属-有机框架材料的规模化生产的原料成本问题和废旧电池回收物的再利用问题，提供一套从废旧电池的分解、材料回收、提纯到金属-有机框架材料的合成方法。提升废电池回收企业的产品附加值，推动MOF这种高性能的多孔材料的规模化生产和实际应用。

为了解决以上技术问题，本发明实施例公开了一种基于回收废品制备金属-有机框架多孔吸附材料的方法，包括以下步骤：

选用湿处理法回收电池中的金属元素，获得金属盐溶液；

溶剂热反应溶液配制；

将溶剂热反应溶液装釜与溶剂热晶化。

进一步，作为优选，选用湿处理法回收电池中的金属元素，获得金属盐溶液具体包括：

拆解电池，去除塑料和纸包装，采用清水对拆解的产物进行中性淋洗，去除可溶性的微量K⁺和Cl^-；

采用弱酸淋洗拆解后的电池材料获得包括Li⁺、Zn²⁺、Mg²⁺、Co2+和A1³⁺、Cr³⁺金属盐溶液混合物；

通过加入萃取液，萃取分离合成金属—有机框架所需的高纯金属盐；