[发明专利]负载偶氮的光敏铬金属有机骨架多孔材料的制备和应用

说明书

本发明公开了一种负载偶氮的光敏铬金属有机骨架多孔材料的制备和应用，属于材料吸附技术领域。所述负载偶氮的光敏铬金属有机骨架是由铬金属有机骨架材料与对氨基偶氮苯所构成，其制备过程包括：以水热合成法制备铬金属有机骨架材料，然后将对氨基偶氮苯通过静电作用负载于铬金属有机骨架材料的骨架孔道中，未破坏其骨架结构，使其具有光敏性。本发明负载偶氮的光敏铬金属有机骨架多孔材料的原料易得，制备过程简便可控，制得的负载偶氮的光敏铬金属有机骨架多孔材料应用于烟气中SO₂的吸附捕集，具有可逆吸脱附功能，实现MOFs吸附材料的可再生利用。

技术领域

本发明属于材料吸附技术领域，具体涉及一种负载对氨基偶氮苯的光敏性MIL-101(Azo-MIL-101)金属有机骨架多孔材料的制备和应用，该纳米颗粒骨架中的偶氮发色团可根据光照条件的不同来调控孔道尺寸，实现对烟道气中的SO₂的可逆吸脱附，以提高MOFs材料的再生效率。

技术背景

随着工业化的发展，由于大量燃料的燃烧，工业废气和汽车尾气的排放使大气环境质量日趋恶化，最重要的是燃煤引起的污染，在燃烧过程中会排出大量的SO₂，给诸多地区造成严重的大气污染。空气中大量SO₂的存在会对人类、建筑物、森林、河流等造成重大的危害，因此SO₂污染的控制是目前我国大气污染控制领域最紧迫的任务。在诸多学者专家的努力和探究下，研发了各种烟气脱硫技术，用于缓解或解决SO₂污染的问题。

节能降耗是实现社会可持续发展的重要途径，而新材料的应用在节能降耗方面可起重要作用。目前，各种新材料层出不穷，新材料的开发，特别是功能-结构一体化新材料的开发，具有重要的科学与现实意义。近十几年来，金属-有机骨架(MOF)材料的有机-无机杂化纳米多孔材料成为新材料领域的研究热点与前沿之一，受到各个研究者们的关注。被各研究者们认为MOF材料可成为继沸石、活性炭等之后的新一代功能性材料。

金属-有机骨架材料是由金属离子与有机配体经配位键结合而形成的立体网络结构，又被称为多孔配位聚合物。其与沸石的孔结构相近，但与传统的多孔材料相比具有很多优点，如：种类多、功能性强、孔隙率和比表面积大、晶体密度小、孔尺寸可调控性强等，这些优点使得MOF材料在多个领域具有潜在的应用价值。MOF材料较大的比表面积使其有利于气体吸附，气体分子主要通过与骨架原子之间的排斥力和色散力等相互作用以物理吸附的形式吸附在MOF材料中，也可借助各种手段来调整气体分子与骨架之间的相互作用，进而提高MOF材料对气体的吸附能力。MOFs已经在气体储存和分离的潜在应用方面进行了深入的探索，特别是，它们被认为是碳捕获的吸附剂。

基于MOF材料可成为继沸石、活性炭等之后的新一代功能性材料，故选用其应用于对SO₂的吸附捕集。MOFs作为SO₂可逆吸附剂需要具有促进SO₂分子传递作用，MOFs吸附剂的设计基于光照或加热条件下发生异构原理，以SO₂的可控吸附与脱附的偶氮类为配体，选择具有空金属位点的金属离子，采用水热合成的方法，设计制备亚微米级或纳米级尺寸光控性MOFs。将具有碱性基团的氨基基团引入到多孔光敏性MOFs材料中，并利用光敏性MOFs中的空的金属位点增强与SO₂的相互作用，进而提高光敏性MOFs材料对SO₂的捕集能力；通过改变配体中偶氮基元的取代基以及对孔道尺寸进行调控等方式，改善富含氨基基团的金属有机骨架吸附SO₂的效率，并促使光敏性MOFs材料高效释放SO₂，以提高MOFs材料的再生效率。含偶氮苯的聚合物是非常流行的一类光响应材料，因为它们在非线性光学，光存储，全息照相术和液晶显示器中具有广泛的应用范围。这些应用中的大多数利用含有偶氮苯作为主链或作为线性聚合物侧链的光响应材料。另一方面，关于嵌入金属有机骨架中的偶氮苯材料的报道很少。最近，多功能材料也开始出现，支持更多扩展领域的应用。