[发明专利]一种金属有机骨架成型材料及其成型方法

说明书

技术领域

本发明属于新型功能材料领域，更具体地，涉及一种金属有机骨架成型材料及其成型方法。

背景技术

近年来经济迅猛发展，由此产生的能源危机与环境污染不容忽视。现在对于一般污染物的净化采用吸附方法，但是传统吸附剂存在吸附量低、吸附速度慢、容易脱附造成二次污染等问题。

近几年，国内外对于金属有机骨架材料研究较多。金属有机骨架材料是无机金属中心原子与有机官能团通过共价键或离子-共价键相互联接，共同构筑的具有规则孔道或孔穴结构的晶态多孔材料，作为一种新兴多孔材料，在吸附分离方面优势很大，然而其粉末状态的存在方式，给金属有机骨架材料的应用带来了很大挑战。金属有机骨架材料以其巨大的比表面积而著名，所以这种材料可以被应用在气体吸附，储存以及催化等多个方面，但是MOF(金属有机骨架)材料的一个局限性就是粉末状使其的优良性能无法发挥，比如粉末状的物体无法应用在过滤净化网方面，在不断有气体流动的情况下粉末会被吹走。

MOF的成型使MOF材料得到推广的一条必经之路，所以MOF的成型工艺也有人在研究，比较广泛采用的成膜工艺是MOF材料的晶体自生长法，其实MOF材料的合成就是一种结晶的过程，这种方法只是提供了一个平台让MOF生长在基底上面，基底一般是多孔的二氧化硅，氧化铝，以及酸化的金之类的，这种方法有其自己的局限性：

(1)合成周期长，MOF的结晶是一个比较缓慢的过程，我们既然要批量生产就必须考虑到时间成本；

(2)控制条件复杂，仪器昂贵，MOF材料的合成是要在严格的实验条件下进行的，对温度、超声时长、各种化学药品的用量有很精确的控制，所以将合成与成型放在一步进行，有很大的局限性。

其他的MOF材料成型工艺比如热压成型，MOF材料的比表面积损失严重。由此看来，探索一种行之有效的金属有机骨架材料的成型工艺，对于金属有机骨架成型材料的工业化制备及实际应用仍是一个时间紧迫且意义重大的任务。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种金属有机骨架材料的成型方法，其目的在于通过配制适宜浓度的粘结剂溶液，使其尽可能最小化堵塞金属有机骨架材料里的孔的同时保持良好的粘接性能，然后将粘结剂溶液与金属有机骨架材料的悬浮液混合均匀，将基底膜置于该混合液中，使基底膜的表面能够均匀的附着上一层金属有机物骨架材料，最后取出均匀附着有金属有机骨架材料的基底膜浸入有机溶剂中，使金属有机骨架材料孔道里的水分子被置换出来，进而加强附着在基底上金属有机骨架材料的强度，最后得到比表面积大，机械强度高的金属有机骨架成型材料。由此解决现有技术的金属有机骨架材料成型工艺复杂、周期长、条件苛刻、成本高、比表面积损失严重等的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种金属有机骨架成型材料的成型方法，包括如下步骤：

(1)配制粘结剂溶液：将粘结剂溶于水中，搅拌，得到混合均匀的粘结剂溶液；

(2)配制金属有机骨架材料的悬浮液：将金属有机骨架材料加入水中，搅拌，得到所述金属有机骨架材料的悬浮液；

(3)配制粘结剂和金属有机骨架材料的混合液：将步骤(1)得到的粘结剂溶液和步骤(2)得到的金属有机骨架的悬浮液混合，搅拌，超声，得到混合均匀的粘结剂和金属有机骨架材料的混合液；

(4)制备金属有机骨架成型材料：将基底材料加入至步骤(3)获得的混合均匀的粘结剂和金属有机骨架材料的混合液中，超声分散，然后将基底材料转移至有机溶剂中浸泡、烘干。

优选地，步骤(1)中所述粘结剂为海藻酸钠、淀粉浆、聚维酮、明胶、丙烯酸树脂、纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇、多水高岭土、玉米元、桃胶和/或单月桂酸脂中的一种或多种。

优选地，步骤(1)中所述粘结剂为纤维素、聚乙烯醇或聚维酮。

优选地，步骤(1)所述粘结剂溶液中粘结剂的浓度为100～1000ml/g。

优选地，步骤(1)所述粘结剂溶液中粘结剂的浓度为500～700ml/g。

优选地，步骤(1)所述搅拌为在200～1000rpm的转速下搅拌12～24h。

优选地，步骤(2)所述有机骨架材料为由无机金属中心与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。

优选地，步骤(2)所述有机骨架材料为Cu-BTC、ZIF-8、ZIF-67、UiO-66、MIL-101、MIL-53、IRMOF-5或IRMOF-10。