[发明专利]一种镉金属有机骨架材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学化工吸附分离领域，涉及一种镉金属有机骨架材料以及其制备方法。

背景技术

金属有机骨架材料(MOFs)是一种利用有机配体与金属离子间的金属-配体络合作用自组装形成的具有超分子微孔网络结构的类沸石(有机沸石类似物)材料，因其具有高比表面积和孔容、合成方便、骨架大小可变以及可根据目标要求进行化学修饰、结构丰富等优点，现已在气体吸附、催化、探测、光电材料等领域受到人们的广泛关注。

人类生产活动产生的CO₂正在急剧增加，如今已经成为关注热点。因此，从环境保护和可持续发展来说，现在急需减少碳排放物。常规吸附排放后的CO₂技术有化学吸附(例如：水、醇胺溶液)和物理吸附(例如：沸石、活性炭)，这些方法成本高，而且使用过程中损耗严重，对CO₂选择性低，再生困难。由于MOFs材料具有孔隙结构，且孔表面结构稳定，孔径可调控，比较传统多孔材料(例如，沸石，活性炭等)，被认为是最有可能成为CO₂吸附剂的材料。然而，一些报道表明许多MOFs材料不稳定，浸泡在水中迅速失去其高比表面积和结构完整性。这是因为在结构内相对较弱的金属-氢键容易受到水分子的攻击导致失去结构完整性。因为水无处不在，所以这个缺点严重阻碍MOFs应用于CO₂吸附。

近年来，基于过渡金属设计合成气体吸附分离材料已经成为当前各国科学工作者的研究热点。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种新的镉金属有机骨架材料，该材料对于二氧化碳分子具有良好的选择性吸附作用，而且抗水稳定，可应用于吸附分离领域。

本发明所述的镉金属有机骨架材料，其化学结构式为[Cd₂(oba)₂(dmbpy)(H₂O)]·2(EtOH)·4(H₂O)，其中，oba为4,4'-氧联苯二甲酸基，dmbpy为3,3'-二甲基-4,4'-联吡啶，EtOH为乙醇。

根据本发明所述的镉金属有机骨架材料的进一步特征，所述镉(II)金属有机骨架在常温下为无色单晶，其不对称结构单元中含有2个Cd²⁺阳离子，2个oba^2-阴离子，1个水分子配体，1个dmbpy配体，两个游离的乙醇分子和四个游离的水分子。Cd²⁺离子为七配位结构。oba配体有μ₃和μ₄连接方式，而dmbpy配体采用μ₂连接方式。基于上述配体的连接方式，镉(II)中心被连接成三维的多孔网络结构。三维网络结构中包含一个约为大小沿c轴方向的微孔空洞。

根据本发明所述的镉金属有机骨架材料的进一步特征，所述镉金属有机骨架材料属于单斜晶系，C2/c空间群，晶胞参数分别为β＝109.114(2)°；红外光谱数据(KBr)为：3416(cm^-1),2975(cm^-1),1609(cm^-1),1571(cm^-1),1360(cm^-1),1221(cm^-1),1070(cm^-1),1022(cm^-1),973(cm^-1),788(cm^-1),730(cm^-1),638(cm^-1),497(cm^-1)。

本发明的第二个目的在于提供所述的镉金属有机骨架材料的制备方法。

本发明所述的镉金属有机骨架材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备pH为7-8的热碱水；

(2)将H₂oba和dmbpy按2:1摩尔比加入到10mL的热碱水中；

(3)在步骤2所得溶液中加入乙醇5mL，与步骤2中的H₂oba等摩尔量的Cd(NO₃)₂·4H₂O；

(4)将步骤3所得溶液加入到聚四氟乙烯反应釜中，在自生压力下保持130℃恒温反应72小时，然后按照一定的速率降至室温(25℃±5℃)；

(5)将步骤4得到的产物过滤，收集晶体，干燥，得到所述的镉金属有机骨架材料。