[发明专利]一种快速制备Cu-BTC的方法

说明书

本发明属于有机金属骨架材料及离子液体技术领域，具体涉及一种快速制备Cu‑BTC的方法，具体包括以下步骤：S1在铜离子溶液中添加离子液体，边搅拌边滴加均苯三甲酸盐溶液直至混合均匀；S2将步骤S1的产物进行离心分层，仅留下沉淀物；S3在沉淀物中添加有机溶剂，充分搅拌后静置；S4将静置后的产物进行离心干燥处理，制得所需的Cu‑BTC。本发明将整个生产过程速度大大加快，从现有技术中的几十个小时缩短至十几个小时，同时提高了Cu‑BTC的品质和产量，降低了反应过程中的能耗，最终降低了Cu‑BTC的成本，因而尤其适用于大规模生产Cu‑BTC。

技术领域

本发明属于有机金属骨架材料及离子液体技术领域，更具体地，涉及一种快速制备Cu-BTC的方法。

背景技术

金属有机骨架材料是由金属离子和有机配体自组装而成的具有有序结构的晶体材料。由于其高孔隙率、大表面积、低密度和良好的机械和化学稳定性，因此，金属有机骨架材料被认为是在CO₂吸附领域最有前途的纳米材料之一。

Cu-BTC作为金属有机骨架材料中最常见的一种，其具有不饱和金属位点，轮桨结构等特征。目前，Cu-BTC主要的合成方法是溶剂热法，但这种方法还存在如下缺陷：(1)这种方法十分耗时，其反应时间往往需要几十个小时甚至更长，大大影响了Cu-BTC的产量，(2)其生产过程中能耗很大，提高了成本。因此，虽然已经Cu-BTC实现了商业化，但价格十分高昂。

离子液体是由阴阳离子组成，常温时呈液体的物质，具有良好的热稳定性和化学稳定性，在电化学、有机合成、催化、分离等领域有广泛的应用。而离子液体与有机物和无机物都具有很好地互溶性，并且以离子状态存在，所以将离子液体作为有机溶剂制备纳米材料有很好的应用前景。但现有技术中，尚未发现将离子溶液用于制备金属有机骨架材料的先例。

针对上述技术问题，本领域亟需做出进一步的完善和改进，设计一种Cu-BTC的制备方法，使其能够避免其生产过程耗时长、能耗大等问题，满足大批量快速制备Cu-BTC的需要。

发明内容

针对现有技术的以上不足或改进需求，本发明提供了一种快速制备Cu-BTC的方法，其中通过对作为关键参与物的反应物的种类及配比进行设计，相应研究提出及充分利用了离子液体在氢化反应中能同时起到溶剂和催化剂作用的原理，在反应溶液中添加离子液体，来加速铜离子溶液与均苯三甲酸的反应速率；此外还对制备过程中的重要工艺参数进行针对性设计，相应可更好地控制整个制备过程的反应速率和产量，而且整个生产过程速度大大加快，从现有技术中的几十个小时缩短至十几个小时，同时提高了Cu-BTC的品质和产量，降低了反应过程中的能耗，最终降低了Cu-BTC的成本，因而尤其适用于大规模生产Cu-BTC。

为实现上述目的，本发明提供了一种快速制备Cu-BTC的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1在铜离子溶液中添加离子液体，搅拌使其混合均匀，然后边搅拌边滴加均苯三甲酸盐溶液，直至混合均匀；

S2将步骤S1中得到的产物进行离心处理使其分层，然后倒出上清液，仅留下沉淀物；

S3在步骤S2中得到的沉淀物中添加有机溶剂，充分搅拌后静置；

S4将步骤S3中静置后的产物进行离心处理和干燥处理，制得所需的Cu-BTC。

进一步优选地，在步骤S1中所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐，其纯度为97-99％。经过测试证明，上述离子液体能够同时起到溶剂和催化剂的作用，能够加速铜离子溶液与均苯三甲酸的反应速率，极大地缩短反应时间，提高Cu-BTC的品质和产量。

优选地，所述铜离子溶液为硝酸铜、氯化铜或醋酸铜，铜离子溶液的浓度为0.1mol/L-0.3mol/L。