[发明专利]一种钴金属-有机框架材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于奥沙拉嗪阴离子、1,2‑二(4‑吡啶基)乙烯为配体构筑的钴金属‑有机框架材料、制备方法以及吸附分离应用。该材料的结构单元为Co₂(OLZ)(bpe)₂·H₂O。该材料是以六水合硝酸钴为金属离子源，以奥沙拉嗪钠和1,2‑二(4‑吡啶基)乙烯为双配体，采用溶剂热法制备而成。其具有较高的比表面积，在解决温室效应以及工业上的气体吸附与分离等方面具有潜在应用。

技术领域

发明属于合成金属-有机骨架材料技术领域，具体涉及一种钴金属-有机框架材料及其制备方法。

背景技术

金属-有机框架材料(Metal-Organic Frameworks，简称MOF)是一种由金属离子和有机配体通过配位形成的新型多孔框架材料。因其比表面积大、孔隙率高、化学结构和孔径大小可调性及化学可修饰性等优点，已应用到吸附分离气体行业、催化行业、磁性行业和光质变色等领域中。

随着人类生活水平的提高和工业的迅速发展，人类对环境污染和温室效应越来越关注，以及对高纯乙炔、丙炔的需求日益增加，因此，人类社会的需求和科研水平的提高刺激了许多新型功能材料的出现。目前为止，利用金属-有机框架材料吸附分离气体的并不少见，但是可以同时实现C₃H₆/C₃H₄、CO₂/N₂、CO₂/C₂H₂选择分离的并不多。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种独特的双配体的钴金属-有机框架材料及其制作方法，该材料不仅对温室气体CO₂有较好的吸附性能，还可以同时实现C₃H₆/C₃H₄、CO₂/N₂、CO₂/C₂H₂的选择性分离，为金属-有机框架材料在结构设计与性能预测方面提供了新视角。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：钴金属-有机框架材料的结构单元为Co₂(OLZ)(bpe)₂·H₂O，其中OLZ为失去两个羟基氢原子的奥沙拉嗪阴离子，bpe为1,2-二(4-吡啶基)乙烯。

所述钴金属-有机框架材料属于单斜晶系C2/c空间群，晶胞参数为：α＝90°、β＝117.89(1)°、γ为90°，其比表面积为631cm²/g，孔径大小为0.85nm。

一种钴金属-有机框架材料的制备方法包括以下步骤：(1)将六水合硝酸钴(0.0291g,0.1mmol)与奥沙拉嗪钠(0.0346g,0.1mmol)、1,2-二(4-吡啶基)乙烯(0.0182g,0.1mmol)按摩尔比为0.1:0.1:0.1混合后；

(2)加入到含有N,N-二甲基甲酰胺(5mL)和去离子水(10mL)的混合液的20mL聚四乙烯反应釜中混匀，然后密封；

(3)通过升温程序以1℃/min的升温速率升温至115℃，之后恒温反应反应3天，最后通过降温程序以15℃/min的降温速率冷却至室温；

(4)过滤固体样品并对固体样品依次进行以10mL乙醇和10mL去离子水洗涤，最后自然干燥所得固体样品为钴金属-有机框架材料。

优选N,N-二甲基甲酰胺和去离子水体积比为5:10的混合液为溶剂。进一步优选在密闭条件下115℃恒温静置反应3天。

优选地，升温至115℃的升温速率优选为1℃/min。

冷却至室温的冷却速率优选为15℃/min。