[发明专利]一种干粉转化合成多孔复合骨架材料的方法

说明书

本发明属多孔复合材料制备技术领域，为解决目前多孔复合骨架材料在合成过程中使用大量溶剂，产率降低、成本增加、环境污染增大的问题，提供一种干粉转化合成多孔复合骨架材料的方法，金属盐或金属碱为配位金属源，羧酸有机化合物为配体，室温下将配位金属源与配体研磨搅拌混合均匀形成干料，在反应釜底部预置液相，干料在容器中不与液相直接接触，加热反应釜，液相蒸汽与干料接触反应，冷却后在容器中收集样品，室温干燥得多孔复合骨架材料。废液零排放，产率高，免洗涤，运行成本低，操作容易，劳动强度低、绿色环保，经济可行，易于实现大规模集约化生产。所获得的大颗粒复合骨架材料在气体吸附方面有更高的吸附容量。

技术领域

本发明属于多孔复合材料制备技术领域，具体涉及一种干粉转化合成多孔复合骨架材料的方法。该方法反应混合物的配制过程中无需添加任何溶剂、液态反应物或者在1个标准大气压（或当地大气压）和200℃以下呈液态的物质，反应混合物无需配成溶液或胶体，呈干粉状或者颗粒状即可在蒸汽或者混合气体中转化，得到多孔复合骨架材料。

背景技术

多孔复合骨架材料是一类高比表面功能材料，表面性质、孔道结构、金属离子多变、骨架组成可调，并可根据最终应用需求进行特定的化学修饰。随着近年来的研究，其在气体储存与分离、药物输送、能源储存、光学器件、色谱分析等领域拥有巨大的应用潜力，引起了国内外企业、高校学者的争相研究。

如何以更加环保的方法或技术生产这类材料还面临一些挑战。目前合成该类材料的方法有水热法、溶剂热法、超声波辅助法，微波合成法、电化学合成法、研磨法、干胶转化法等。以水热或者溶剂热法合成该类材料为例，主要在合成过程中侧重于使用大量的溶剂促使反应物的充分溶解，以便均相反应，得到颗粒较小（通常在10微米左右）的产物。反应过程中不可避免的一个情况是始终有反应物溶解在大量溶剂中未形成晶体产物，最后以母液形式排放或进行回收处理，从而降低了产率和增加了环境污染。其他方法在合成或者后处理中同样需要消耗大量的溶剂，增加了生产运行成本和对环境的污染，回收利用会产生额外成本。处理废液最好的办法是尽量不产生废液，可以通过改进生产工艺，从源头上削减或者杜绝废液的产生。

作为一种溶剂分子参与晶化的复合骨架材料，针对已往制备过程中如何减少溶剂的消耗和母液的处理，尚缺乏更加有效的技术，也没有采用干粉转化法合成多孔复合骨架材料的报道。

发明内容

本发明为了解决目前多孔复合骨架材料在合成过程中使用大量溶剂，易于使反应物溶解在溶剂中导致产率降低、成本增加、环境污染增大的问题，提供了一种干粉转化合成多孔复合骨架材料的方法，无需添加溶剂或液态反应物配制反应混合物，反应物处在粉状、颗粒状或者块状，然后在反应容器底部的液相受热所产生的蒸汽中处理得到多孔复合骨架材料。

本发明由如下技术方案实现的：一种多孔复合骨架材料的干粉转化合成方法，金属盐或金属碱为多孔复合骨架材料中的配位金属源，羧酸有机化合物为多孔复合骨架材料的配体，室温下将配位金属源与配体搅拌混合均匀形成干料，在反应釜底部预置液相，反应釜内干料置于容器中不与液相直接接触，加热反应釜至70 - 180℃，液相产生蒸汽与干料接触反应0.5 - 240h，冷却后直接在容器中收集样品，空气或惰性气氛中室温下干燥即得多孔复合骨架材料；其中：配位金属源与配体的摩尔比为（0.5 - 10）:2；液相体积与反应釜体积的比值为0.006 - 0.5。

所述配位金属源为过渡金属的盐或碱中的任意一种或或任意两种金属源。优选配位金属源为铜、锌、铝、钴、镍、铁、铬或锌的盐或碱中的任意一种或或任意两种金属源。最优选配位金属源为硝酸铜、三水合焦磷酸铜、醋酸铜、碱式碳酸铜、硫酸铜、氯化铜、氢氧化铜、碳酸锌、碱式碳酸锌、氢氧化锌、硝酸锌、醋酸锌、硝酸铝、醋酸铝、硝酸钴、醋酸钴、氢氧化钴硝酸镍、碳酸镍、醋酸镍、氢氧化镍、碱式碳酸镍、碳酸钴、氢氧化钴、醋酸钴、硝酸钴、碱式碳酸钴、硝酸铁、氯化铁、氢氧化铁、醋酸铁、碳酸铁中的任意一种或任意两种或多种以任意比例混合。