[发明专利]一种泡沫金属/金属有机骨架复合材料的制备及氨气吸附的应用

说明书

一种泡沫金属/金属有机骨架复合材料的制备及氨气吸附的应用，属于复合材料技术领域。复合材料制备过程主要包括将泡沫金属处理，用做金属有机骨架的支撑体，然后通过原位晶体生长的方法，将金属有机骨架均匀地负载到泡沫金属上，最终得到一种既有大孔结构又有微孔结构的泡沫金属/金属有机骨架的复合材料。所得材料对空气中微量氨气吸附去除性能良好，且材料制备方法简单易行，在空气净化与治理方面具有潜在应用价值。

技术领域

本发明涉及一种泡沫金属/金属有机骨架复合材料的制备，以及这种材料对空气中微量氨气的吸附去除性能的研究，属于复合材料技术领域。

背景技术

随着科技的进步和发展，环境问题已经成为影响现代社会的严重问题之一。氨气作为大气中的一种常见碱性气体，能够与硫酸或硝酸等酸性气体发生均相中和反应，在大气中产生无机盐颗粒，进而形成重霾污染。因此，对于氨气的污染研究正在受到越来越多的关注。而吸附作为处理污染物的重要方式之一，也备受关注。金属-有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks，MOFs)，由金属离子或金属簇与有机配体通过配位键链接而成，作为一类新型的多孔材料，具有比表面积大、孔隙率高、孔道可调等特征，在气体吸附与分离、催化、荧光、电化学等领域具有潜在的应用。将MOF材料用于氨气吸附已经有很多研究，但宏观上呈现出粉末状态的MOF材料并不适合用于环境中气体污染物的吸附。本发明提供了一种复合材料的制备方法，以泡沫铜为模板，在泡沫铜上制备MOF材料得到一个适合环境领域吸附氨气的复合材料，推动了MOF材料在环境领域的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种泡沫铜/MOF复合材料的制备方法。通过在泡沫铜上原位生长MOF，制备既有大孔结构又有微孔结构的泡沫金属/MOF复合材料。该方法制备的材料在氨气吸附去除领域具有潜在应用价值。

该方法包括以下步骤：

(1)将若干片泡沫铜裁剪成均匀形状，在盐酸浸泡后，用去离子水清洗干净；

(2)配置用于处理泡沫铜的混合溶液，为碳酸氢钠和过硫酸铵的混合溶液；

(3)将步骤(1)泡沫铜倾斜靠在步骤(2)新制备的混合液中进行反应，反应后将泡沫铜取出用乙醇清洗并烘干；

(4)配置MOF的有机配体溶液，将步骤(3)处理过得泡沫铜放入其中，在0-200℃如25℃条件下，使得处理过得泡沫铜金属与有机配体通过配位作用转化成相应的MOF(如HKUST-1)，在泡沫铜表面形成MOF覆盖层，得到泡沫铜/MOF复合材料；

(5)将步骤(4)制备的泡沫铜/MOF复合材料放入有机溶剂中浸泡活化，真空干燥。

本发明的方法中，步骤(2)所述的混合溶液为处理泡沫铜骨架的溶液，混合溶液中碳酸氢钠和过硫酸铵的浓度范围均为0.001-0.009mol/L；

步骤(3)泡沫铜倾斜在混合液中反应时：在0～200℃条件下反应0～72小时，取出后用乙醇清洗；在0～100℃烘干待用；

步骤(4)配置MOF的有机配体溶液是采用的溶剂为体积比为1:1的水和乙醇；有机配体在有机配体溶液中的浓度优选为0.01-0.08mol/L。若步骤(4)所得的MOF是HKUST-1，则配体是均苯三甲酸。

本发明制备方法得到的泡沫铜/MOF复合材料的应用，用于氨气的吸附，尤其用于空气或/和氮气中氨气的吸附。用于吸附的氨气在空气或/和氮气中的浓度可低至500ppm。

本发明的泡沫铜/MOF复合材料，泡沫铜作为MOF的支撑结构，使MOF材料均匀分散，最终材料不对吹扫空气产生明显压降，并能够在环境中进行氨气吸附，且吸附效果良好。

本发明技术方案的原理是：通过将MOF制备在泡沫金属上，增强了MOF作为吸附材料的实用性。该MOF为HKUST-1，其羧酸配体能够优先选择空气中的碱性气体吸附，且能够与其较好结合。