[发明专利]一种类分子筛多孔铜金属有机骨架材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于无机有机杂化多孔材料的技术领域，具体涉及一种类分子筛多孔铜金属有机骨架材料及其制备方法和应用。

背景技术

金属有机骨架材料(Metal-OrganicFrameworks,MOFs)是一种通过连接金属离子或金属簇和有机配体形成的新型三维周期拓展的多孔固体晶体材料。其具有永久有序的微孔结构(尺寸小于2纳米)，被称为新一代的分子筛材料。作为多孔材料与传统的分子筛无机沸石材料相比，金属有机骨架材料的特点是具有更大的表面积、以及可调控的孔形状和内表面，可广泛应用于气体的吸附和分离领域。

在实际的应用中，限制金属有机骨架材料的主要因素有成本高、大规模生产、稳定性差等。虽然目前文献报道的多孔金属有机骨架材料已经有上万种，但是目前可以工业化生产的只有Fe-BTC、Cu-BTC、ZIF-8和Al-BTC等少数几种。成本高的原因主要是一般情况下有机配体较大，很多时候需要一步或多步的合成。难以大规模生产的原因主要是一般情况下其合成是在溶剂热的条件下，对反应条件要求较高。而且，很多金属有机骨架材料在宽松的条件下很难保证纯度和产率。稳定性差也是困扰该类材料应用的一个重要原因。很多优秀的金属有机骨架材料只能在无水无氧条件下才能发挥最大的能力，甚至在空气中几个小时就会坍塌成无孔的固体材料。

中国专利201310333998.2公开了一种多孔铜金属有机骨架材料在CO₂吸附与分离中的应用。该化合物利用二价的金属铜与一种均草怕津的衍生物作为配体构筑的。虽然该化合物的孔隙率较高，CO₂的吸附能力也很强，但是合成该化合物所用配体比较复杂，存在成本高等缺点。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的多孔铜金属有机骨架材料所用的配体比较复杂且成本高的问题，而提供一种类分子筛多孔铜金属有机骨架材料及其制备方法和应用。

本发明的具体技术方案如下：

本发明首先提供一种类分子筛多孔铜金属有机骨架材料，其分子式为[Cu^II₂(H₂O)₂](Cu^II)(C₇H₃NO₄)₂·1/2[Cu(CH₃CN)₄]²⁺·I^-。，其结构如式Ⅰ所示：

该多孔铜金属有机骨架材料属于四方晶系，I/4mmm空间群。

本发明还提供一种类分子筛多孔铜金属有机骨架材料的制备方法，包括：

步骤一：将碘化亚铜、有机配体3，5-吡啶二羧酸和三乙烯二胺溶解于有机溶剂中，再加入稀硝酸水溶液，在75～105℃反应12～72小时，得到多孔铜金属有机骨架材料的粗品；

步骤二：将步骤一得到的多孔铜金属有机骨架材料的粗品用配制的有机溶剂洗涤并干燥，得到多孔铜金属有机骨架晶体；

步骤三：将步骤二得到的多孔铜金属有机骨架晶体在乙腈中浸泡，过滤后真空干燥，得到类分子筛多孔铜金属有机骨架材料。

优选的是，所述的碘化亚铜、有机配体3，5-吡啶二羧酸和三乙烯二胺的摩尔比为1：(0.66～1.33)：(1.44～2.0)。

优选的是，所述的步骤一有机溶剂为N,N’-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或N,N’-二甲基乙酰胺中一种或几种与乙腈的混合溶液。

优选的是，将步骤二得到的多孔铜金属有机骨架晶体在乙腈中浸泡具体为：将多孔铜金属有机骨架晶体在乙腈中浸泡2～3天，换新鲜乙腈再泡，循环2～3次。

本发明还提供类分子筛多孔铜金属有机骨架材料在吸附N₂和CO₂气体上的应用。

本发明的有益效果