[发明专利]一种以分子筛回收溶剂的快速合成MOFs材料的方法

说明书

本发明涉及MOFs材料的制备领域，具体是一种以分子筛回收溶剂的快速合成MOFs材料的方法。本发明在合成过程中，引入分子筛溶剂回收机制，可以时刻保持溶液中反应物浓度在较高水平，随着溶剂挥发进入分子筛，反应物迅速结晶析出，加快反应的进行，并在溶剂完全挥发完即可得到较为干燥产品，免去了过滤、洗涤步骤。另外，发明人通过引入分子筛存入溶剂的方式，可以完全保证反应时溶剂从分子筛中挥发及反应完后的溶剂100%回收到分子筛中，并且避免了反应完降温过程中溶剂冷凝到反应物中而造成的处理过程，得到较为干燥产品，免去了过滤、洗涤步骤。

技术领域

本发明涉及MOFs材料的制备领域，具体是一种以分子筛回收溶剂的快速合成MOFs材料的方法。

背景技术

近年来，MOFs材料由于具有大的比表面积、均一的孔径、多样可调变的结构等优异性能而受到科研工作者的高度关注，并且其在催化、气体储存与分离、分子识别、离子交换、光电磁等领域有潜在应用。作为最知名的MOFs之一，Cu₃(BTC)₂结构中的Cu⁺离子与四个羧酸氧原子配位形成次级结构单元，该次级结构单元相互连接而形成具有面心立方空间点阵类型的三维立体孔道结构。该结构的主孔道尺寸大小为稍小的四面体边袋孔尺寸大小为并通过大小为的三角形孔窗与主孔道相连。Cu₃(BTC)₂较好的孔道窗口，并且具有近2000m2/g的比表面积，300℃的热稳定性等优异性能，使其逐渐渗透到各方面的应用。

Ian D.Williams教授于1999年即采用溶剂热的方法，以硝酸铜，均苯三酸，水/乙醇1:1的混合溶剂，在180℃反应12小时合成了Cu₃(BTC)₂。后来发展了各种环境下的溶剂热合成Cu₃(BTC)₂的方法都需要提供较好的溶剂环境促进金属与配体的配位，甚至要提供像N,N`-二甲基甲酰胺(DMF)，二甲基亚砜(DMOS)等较贵和对环境有害的溶剂。并且溶剂热法不能100％地对溶剂回收，残留没反应并且溶解在溶剂的的金属盐及配体也会造成原料的浪费。对于旨在工业化应用的MOFs而言，已经找到了性能最优的几种MOFs材料之一(例如Cu₃(BTC)₂)，如何最大程度的降低合成成本是我们需要攻克的目标。

发明内容

本发明旨在提供一种降低合成成本且高效快捷的MOFs材料合成技术，具体是一种以分子筛回收溶剂的快速合成MOFs材料的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种以分子筛回收溶剂的快速合成MOFs材料的方法，其步骤为：MOFs材料的合成原料在反应容器内与溶剂混合均匀，反应容器置于带有分子筛的密闭环境内，且合成原料的周围环境与分子筛之间相连通；加热反应容器(加热温度即反应温度)，反应完成后溶剂完全被吸附到分子筛孔道内，反应容器内得到干燥的MOFs材料(隐含要求溶剂沸程低于反应温度)。

本发明进一步提供了另外一种以分子筛回收溶剂的快速合成MOFs材料的方法，其步骤为：MOFs材料的合成原料在反应容器混合均匀，反应容器置于带有分子筛的密闭环境内，且合成原料的周围环境与分子筛之间相连通，分子筛孔道内含有反应所需的溶剂；加热反应容器(加热温度即反应温度)，溶剂逐渐从分子筛孔道内脱附出来，进入合成原料的周围环境，反应完成后溶剂再次完全被吸附到分子筛孔道内，反应容器内得到干燥的MOFs材料(隐含要求溶剂沸程低于反应温度)；反复重复前述步骤，实现溶剂的蒸汽相重复再利用。

本发明还提供了一种以分子筛回收溶剂的快速合成MOFs材料的方法，其步骤为：

(1)溶剂蒸干回收

MOFs材料的合成原料在反应容器内与溶剂混合均匀，反应容器置于带有分子筛的密闭环境内，且合成原料的周围环境与分子筛之间相连通；加热反应容器(加热温度即反应温度)，反应完成后溶剂完全被吸附到分子筛孔道内，反应容器内得到干燥的MOFs材料(隐含要求溶剂沸程低于反应温度)；