[发明专利]一种基于微流控技术合成金属有机骨架材料的方法

说明书

本发明涉及一种基于微流控技术合成金属有机骨架材料(MOFs)的方法，本发明人首先搭建简易共聚焦微液滴发生装置，然后配制内相反应液和外相反应液，通过该微液滴发生装置，在PTFE管内形成稳定均匀的W/O微液滴，并在内外两相界面处实现MOFs纳米粒子的合成。本方法的优点在于液滴体积小，比表面积大，传质传热速度快，液滴之间互不干扰，体系稳定，易于获得均一性、分散性较好的产物，并且产率高、重现性好，具有可放大工业化的潜力。

技术领域

本发明涉及一种金属有机骨架材料的合成技术，特别是一种基于微流控技术合成金属有机骨架材料的方法。

背景技术

金属有机骨架材料(MOFs)是一类新型多孔纳米材料，由过渡金属离子与含氮、氧等的有机配体经自组装过程生成。类沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)是MOFs材料的一种，具有沸石拓扑结构，不但有孔道结构规则有序、高孔隙率和大比表面积的优点，同时又弥补了MOFs材料水热稳定性差的缺点。ZIFs材料在气体吸附分离、催化和药物体内传输等多个方面均表现出广阔的前景。

目前ZIFs材料的合成方法有以下几种：溶剂热合成法、常温溶剂法、胶体化学合成法、液相扩散合成法。但产率均比较低，产物重现性差。

微流控技术是一种在微尺度空间下(几十至几百个微米的通道)，以处理或操纵纳升到阿升级流体为主要特征的新兴交叉学科。微流控液滴技术，因其液滴体积小，比表面积大，加快了传质传热速度，并且液滴之间互不干扰，混合充分，体系稳定，易于获得分散性、均一性良好的产物。因此微流控液滴技术广泛应用于纳米材料、各种形貌微米粒子的制备当中。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种基于微流控技术合成金属有机骨架材料的方法，该方法收率高，产物重现性好。

本发明人采用非均相微流控液滴技术，在内外两相界面处发生反应，异相成核制得MOFs晶体。非均相微流控液滴技术，不但具有上述微流控液滴技术的优点，产率高、重现性好，具有可放大工业化的潜力，而且进一步加快了传质传热速度，强化了其高通量的优点。

技术方案

一种基于微流控技术合成金属有机骨架材料的方法，包括如下步骤：

(1)搭建共聚焦微液滴发生装置：所述共聚焦微液滴发生装置包括第一注射器、第二注射器、T型连接器、PDMS改性PTFE毛细管、恒温水浴槽和收集罐，T型连接器包括第一端口、第二端口和第三端口，第二端口和第三端口同轴；所述共聚焦微液滴发生装置还包括一根不锈钢毛细管，其置于T型连接器第二端口和第三端口形成的通道中心，并且不锈钢毛细管的一端从第二端口伸出，与第二注射器连接，T型连接器的第二端口密封；第一注射器与第一端口连接，第三端口与PDMS改性PTFE毛细管的一端连接，PDMS改性PTFE毛细管的另一端与收集罐连接；PDMS改性PTFE毛细管置于恒温水浴槽内；

(2)配制内相反应液和外相反应液：内相反应液为Zn(NO₃)₂·6H₂O或Co(NO₃)₂·6H₂O的水溶液，外相反应液为2-甲基咪唑或咪唑-2-甲醛的正辛醇溶液；

(3)微流控合成MOFs：开启与第二注射器相连的注射泵，内相反应液通过第二注射器连续注入，驱动内相反应液向不锈钢毛细管内流动，待内相载液流动稳定后，开启与第一注射器相连的注射泵，将外相反应液通过第一注射器注入，驱动外相反应液向T型连接器内流动，不锈钢毛细管端口处流出的内相，被轴向包围的外相剪切断，并在外相反应液的推动下，形成微液滴，然后在恒温水浴槽内的PDMS改性PTFE毛细管中合成MOFs晶体，最后进入收集罐；