[发明专利]一种热解MOFs制备纳米材料的半连续生产方法及系统

说明书

本发明属纳米材料生产领域，涉及一种热解金属有机骨架（MOFs）制备纳米材料的半连续化生产方法及装置。装置含输送管，加热炉，丝杠；输送管穿过加热炉，前端设进料口（上设含进气管、盖的粉体仓）；后端下部先连出料口（含出料阀），再连出渣口（串接收集罐与排空口）；管末设密封盖；出料阀上端和出渣口有电热保温带；管内设电机驱动的旋转丝杠。本发明提供的生产方法：将MOFs粉体置于仓内，关进气盖后通气，由丝杠将粉体运至炉中热解，由收集罐回收残渣，由出料口卸出所得材料，如此重复，可半连续生产纳米材料。本发明提供了间歇加料和半自动运卸料的制备方法，可解决传统方法产量低、非生产时间长的问题，而且本装置简单、易操作。

技术领域

本发明公开的热解MOFs制备MOFs衍生纳米材料的半连续方法及其系统装置，属于纳米材料技术领域。

背景技术

金属有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks，MOFs）是由含氧、氮的多齿有机配体与金属原子或金属原子簇以配位键相连接、自组装形成的具有周期性网络结构的类沸石材料，现已广泛应用于气体吸附、分离，非均相催化反应和光电磁性，药物储存和缓释，传感器等方面。与传统的多孔材料相比，MOFs 具有以下特点：第一，种类多，功能性强，目前合成的MOFs材料大于五千种。第二，高比表面积和孔隙率。MOFs 材料属于多孔材料，是目前发现的具有超高比表面积（S_Langmuir 最高可超过10400 m²g^-1）同时还拥有超高孔隙率(最高可达到90 %的自由体积)的晶体材料。第三，孔尺寸可调节。调变有机配体和金属离子的种类，可以合成孔径由几个埃到几十纳米的 MOFs 材料。第四，相对较差的热稳定性和化学稳定性。MOFs 的热稳定性和化学稳定性不佳是指其在温度高、湿度大、各种有机溶剂等外界环境的作用下，MOFs 结构发生坍塌，其根本原因是金属离子和有机配体间的配位键在外界因素的作用下发生断裂。这是 MOFs 构成方式所内在的缺陷，是研究人员不能忽视的缺点。但是，有一利必有一弊，出于MOFs不稳定的缺点，人们已经将各种各样的MOFs材料进行高温热解，制备出了功能多样的纳米材料，目前文献和专利上已有众多相关报道。比如，中国专利CN 201911345852.3报道了一种Co-TPM的制备及其在惰性气氛下热解后可以得到一种钴氮共掺杂碳基电催化剂材料；中国专利CN 201910700518.9报道了空气中焙烧M-BDC（M=Cu、Zn、Y、La、Ce、Ti、Zr、V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni等）可以得到二维氧化物催化材料，对于挥发性有机化合物去除具有良好效果；中国专利201810896057.2报道了一种纳米短棒状MOFs的制备及其高温热解后得到了海胆状金属氧化物多孔光催化材料。

但是MOFs热解所带来的问题是大部分有机体分解丢失，所获得固体材料量一般小于起始MOFs质量的30%，为获得足够量的样品，人们往往需要使用管式炉进行间歇式生产操作方式，包括MOFs粉体的装填，热解，卸料，清洗被有机废物污染的反应管路，再装填MOFs粉体，如此反复，非生产性时间较长。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述问题而提供一种热解MOFs制备纳米材料的半连续方法及其系统装置。

为实现此目的，本发明使用如下技术方案，包括：

一种热解MOFs制备纳米材料的系统装置，包括输送管、加热炉、丝杠；输送管穿过加热炉，输送管前端部分设置MOFs粉体进料口且进料口上设置MOFs粉体仓，输送管后端部分按顺序先接纳米材料出料口，再接出渣口，且出渣口上连接收集罐，收集罐上设置排空口；输送管末端采用密封盖密封；丝杠设置于输送管内，外表面设置螺旋槽，且在外部电机的驱动下旋转。

进一步地，在输送管末端的密封盖垂直于输送管的内壁中心设置内孔，丝杠与内孔之间通过旋转轴承连接。

进一步地，还包括设置于输送管上的进气管，进去管输送惰性气体或空气。