[发明专利]一种有机胺负载的金属有机框架-多孔聚合物复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种有机胺负载的金属有机框架‑多孔聚合物复合材料，由有机胺、金属有机框架材料和具有相互连通的多级孔结构的多孔聚合物组成，金属有机框架晶粒镶嵌在多孔聚合物的孔壁表面或孔壁中，有机胺以化学键结合在多孔聚合物孔壁表面，并以化学键或配位键结合在金属有机框架材料表面，复合材料的比表面积≥50m²/g。本发明还提供了所述有机胺负载的金属有机框架‑多孔聚合物复合材料的制备方法，包括：采用高内相乳液模板交联共聚、MOF原位生长或MOF多次生长及有机胺负载三步法制备。将本发明制得的有机胺负载的金属有机框架‑多孔聚合物复合材料用于捕集、分离CO₂，具有CO₂吸附量/速率/选择性高，脱附速度快、吸附‑脱附循环稳定性高、高温和水汽耐受性优良等优点。

技术领域

本发明属于功能聚合物复合材料领域，尤其涉及有机胺负载的金属有机框架-多孔聚合物复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着国家工业化进程的进行，能源的消耗呈现出爆炸式增长的趋势。在当今能源结构中，化石燃料占总能源消耗的85％，并伴随着大量温室气体CO₂的排放。大气中的CO₂浓度已从1900年的550mg/m³增加到2004年的764.4mg/m³，并且仍在不断增加之中。我国目前CO₂排放量居世界第二位，并仍在快速增长，我国必然成为全球CO₂减排的焦点，所承受的国际压力越来越大。为了控制空气中的CO₂浓度，二氧化碳的捕集封存与利用技术(CCUS)在近年来得到了广泛的关注。在减少CO₂排放的各种措施中，无论是将CO₂进行深海封存或者作为原料再次利用，CO₂捕集都是必要而且最为困难与昂贵的一步。因此，对CO₂捕集技术的研究与探索，设计高效低能耗CO₂吸收(吸附)剂，任重而道远。

CO₂常见的捕集方法有吸收、吸附和膜分离等。目前，仅有醇胺水溶液吸收法获得了一定程度的工业应用。吸收法效率高，但也存在着一些固有的缺点，对设备的腐蚀性强，醇胺易挥发，在高温下分解产生有毒副产物，同时其溶液再生过程需加热大量的水以克服水的显热以及汽化潜热，能耗巨大，使得CO₂分离成本较高。

吸附法利用不同气体分子与多孔吸附剂表面的活性点之间作用力的差异，实现气体混合物中不同组分的分离。按照吸附机理的不同，吸附剂可以分为物理吸附法和化学吸附法。但是，物理吸附剂往往吸附量较低且吸附选择性较差，目前应用广泛的多为化学吸附法。