[发明专利]一种含石墨烯金属有机骨架致密气体分离杂化材料及制备方法

说明书

本发明涉及VOC吸附材料技术领域，具体是一种含石墨烯金属有机骨架致密气体分离杂化材料及制备方法。本发明采用聚氨酯泡沫材料作为基底，以MIL‑53作为杂化膜主要成分，辅以氧化石墨烯，构成致密气体分离杂化膜，将杂化膜与聚氨酯泡沫材料结合，得到含石墨烯金属有机骨架致密气体分离杂化材料。该含石墨烯金属有机骨架致密气体分离杂化材料具有选择性高、渗透性强的特点，且耐潮湿性、耐候性、伸缩性和硬度均优异，适合在高湿、高水分和高压等恶劣工况下工作，适合应用于工业发展中，如对发电厂尾气排放的CO₂/N₂进行选择性移除和捕获。

技术领域

本发明涉及VOC吸附材料技术领域，具体是一种含石墨烯金属有机骨架致密气体分离杂化材料及制备方法。

背景技术

金属有机骨架(metal-organic frameworks，MOFs)材料是由金属离子或离子簇与有机配体配位连接而成的一类含有孔隙的材料。金属有机骨架材料具有化学组成丰富、比表面积大、拓扑结构多样化和孔道可调变等特点。

近年来，对金属有机骨架材料的研究中心逐渐从晶体合成向性能探索转变，越来越多的金属有机骨架材料开始在吸附、分离、催化、传感、荧光、医药传输等领域崭露头角并取得杰出成果。大量研究证实，金属有机骨架材料因与某些气体分子具有良好的亲和性而被广泛应用于选择性吸附、捕获和分离领域。但是，单纯的金属有机骨架材料缺乏载体，难以在工业化应用。

因此，制备一种具有支承功能的含金属有机骨架杂化材料，使其在保有选择吸附性的同时，能在工业环境下使用，是当务之急。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种含石墨烯金属有机骨架致密气体分离杂化材料及制备方法。

一种含石墨烯金属有机骨架致密气体分离杂化材料，该材料以聚氨酯泡沫材料作为基底，以MIL-53作为杂化膜主要成分，辅以石墨烯构成。

所述聚氨酯泡沫材料，其木质素含量1％-2％。聚氨酯泡沫材料中木质素的添加，可以改善聚氨酯的抗老化性能，在木质素含量为1％-2％时，抗老化效果较佳，且不会影响聚氨酯的其他性能，性价比较高。

所述聚氨酯泡沫材料，是用甘蔗渣液化制备的多元醇合成的生物质硬质聚氨酯泡沫体。甘蔗渣是制糖工业的副产物，目前，甘蔗渣除了少量用于造纸和生产酒精，一部分用于发电外，大部分在糖厂被直接烧掉，造成了极大浪费，将甘蔗渣通过一系列的反应用来制备硬质聚氨酯泡沫材料，可以废物利用，节约资源，并得到含有木质素的抗老化聚氨酯泡沫材料。

所述石墨烯是氧化石墨烯。

所述氧化石墨烯的粒径是1nm。此规格的氧化石墨烯与MIL-53和聚氨酯泡沫材料的契合度更高。

氧化石墨烯(graphene oxide)是石墨烯的氧化物，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。

所述含石墨烯金属有机骨架致密气体分离杂化材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将聚氨酯基底，经过臭氧处理，然后浸渍在(1.5-2.5)mg/ml多巴胺溶液中20-30h，保持温度20-30℃；