[发明专利]一种MOF-808负载二茂铁的复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种MOF‑808负载二茂铁的复合材料及其制备方法和应用，该复合材料通过Zr₆O₄(OH)₄(F)₆(btc)₂负载二茂铁制备得到，所述Zr₆O₄(OH)₄(F)₆(btc)₂中的F指甲酸。所述复合材料中，Zr₆O₄(OH)₄(F)₆(btc)₂和二茂铁的质量比为(20:1)～(5：1)。所述的复合材料用于氧气的吸附。本发明通过引入二茂铁作为合适的氧气吸附体，在保证氧气吸附性能的同时，能够避免氧化物产生的晶体塌陷。

技术领域

本发明涉及金属有机骨架材料，具体涉及一种MOF-808负载二茂铁的复合材料。

背景技术

氧气作为当今世界上使用量最多的化学产品之一，广泛应用于能量转化过程和其他化学品生产过程，其年产量超过一亿吨。纯氧用途十分广泛：例如应用于医疗保健和航空航天的可携带式呼吸装置，以及可降低二氧化碳排放的富氧燃料、天然气转化过程、生物质气化过程等等各类节能减排技术。另一方面，氧气化学性质十分活泼，其存在会导致食品和药材氧化腐败、催化剂氧中毒、某些易燃易爆气体的生产运输过程的安全隐患等等，针对某些环境进行除氧处理又必不可少。因此，无论是制氧还是除氧，都需要开发相应的空气分离技术。当今的化学工业主要利用空气作为原料得到纯氧或纯氮产品，然而传统低温空气精馏过程是大规模且高能耗的，不适用于小规模绿色产品的应用。因此，亟待开发能够降低能耗、规模可调的空气分离氧气新技术。

当前实现氮氧分离主要有以下三种途径：(1)低温精馏技术，即利用两组分的相对挥发度差异进行分离；(2)膜分离技术，即利用两组分在膜上的选择透过性差异进行分离；(3)气体吸附分离技术，即利用吸附剂对两组分在热力学或者动力学上选择性吸收进行分离。

低温精馏发展至今已经成为现代化工生产技术最成熟、应用最广泛和规模最大的空气分离工艺。然而，因为气体分子沸点较低，所以用于低温分离的气体液化的能耗非常高；而且气体分子尺寸形状间差别小，使得相对挥发度小、分离所需理论板数和回流比高，导致设备投资运行成本高昂。低温精馏法的特点使其无法适用于小规模生产，也无法实现常温下空气分离操作。膜分离技术是指以选择性渗透膜为分离介质，以膜两侧的压差或浓度差为驱动力，根据不同气体组分在膜材料中的渗透速率而进行的分离技术。因为氧分子尺寸小，大多数膜材料对氧的渗透性比对氮的渗透性更高。膜分离技术适合用于小规模的富氧空气需求以及可携带设备。而气体吸附分离技术利用吸附剂对两组分在热力学或者动力学上选择性吸收进行分离。

金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是由金属中心与有机配体通过分子自组装而形成的一种具有周期性网络结构的晶体材料，具有极高的比表面积和超高的孔隙率，是气体吸附分离技术中的热门材料。MOFs具有很多传统材料没有的优点，这种多孔骨架晶体材料可以通过不同金属离子与各种刚性桥连有机配体进行络合，设计与合成出不同孔径的金属-有机骨架，另外改变合成条件及其方法也能得到不同性质的MOFs材料。其中，具有开放式金属位点的MOFs特别适用于分离氧气，其原理是利用键合和电子特性的差异，而不是尺寸或形状的差异。

MOFs合成方法有水热或溶剂热法、机械力合成法、组合筛选合成法、微波合成法等等，其中水热或溶剂热法最为常用，主要是指在特制的密闭反应器中，以水或其他溶剂作为反应介质，通过加热反应器产生一个高温高压的反应环境，使得在常温常压下难溶或不溶的物质溶解并重新结晶析出，不仅可以有效的提高效率和产量，得到形貌和规格均一的晶体材料，而且环境友好。