[发明专利]金属有机框架复合气凝胶材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种金属有机框架复合气凝胶材料及其制备方法与应用。该金属有机框架复合气凝胶材料包括有机纤维材料及金属有机框架材料，具有羧基基团的有机纤维材料通过羧基基团与金属有机框架材料形成金属配位键连接，金属有机框架材料在具有羧基基团的有机纤维材料的表面上原位生长延伸形成介孔结构。有机纤维材料作为基体，解决了传统无机材料韧性不够的问题。纤维表面形成介孔结构的金属有机框架材料，提高了气凝胶材料的耐热性能。有机纤维材料与金属有机框架材料通过羧基与金属中心配位连接，使得有机纤维材料与金属有机框架材料结合紧密，结合度远大于常规物理结合的复合气凝胶材料，因而不容易发生“掉粉”、易碎等问题。

技术领域

本发明涉及功能材料领域，特别是涉及一种金属有机框架复合气凝胶材料及其制备方法。

背景技术

核电厂通常使用硅酸系纤维材料作为保温材料。近年来，有提出使用无机气凝胶作为保温层材料。具体地，气凝胶是一种固体物质形态，世界上密度最小的固体，由于气凝胶中一般80％以上是空气，所以具有非常好的隔热效果。其中，无机气凝胶是一种由纳米粒子相互聚集而形成的具有纳米级多孔结构的材料，其高孔隙率降低了固相材料的热传导，因而能够作为保温层材料。

二氧化硅气凝胶材料是目前研究较多的一种无机气凝胶材料，但是纯的二氧化硅气凝胶的脆性比较大，力学性能相对较差，因而发展出了二氧化硅气凝胶纤维复合材料。二氧化硅气凝胶纤维复合材料具有低导热系数、良好力学性能等优点，但是由于气凝胶不能与纤维充分接触结合，从而导致二氧化硅气凝胶纤维复合材料容易发生“掉粉”现象。

发明内容

基于此，有必要提供组分结合紧密、耐高温性能良好的金属有机框架复合气凝胶材料及其制备方法与应用。

本发明提供了一种金属有机框架复合气凝胶材料，包括金属有机框架材料及具有羧基基团的有机纤维材料，所述具有羧基基团的有机纤维材料通过所述羧基基团与所述金属有机框架材料形成金属配位键连接，所述金属有机框架材料在所述具有羧基基团的有机纤维材料的表面上原位生长延伸形成介孔结构。

在其中一些实施例中，所述介孔结构的孔径为20nm～50nm。

在其中一些实施例中，所述具有羧基基团的有机纤维材料为羧基改性的木质纤维。

在其中一些实施例中，所述具有羧基基团的有机纤维材料的直径为30nm～100nm。

在其中一些实施例中，所述金属有机框架材料选自铝基金属有机框架材料及铁基金属有机框架材料中的一种。

在其中一些实施例中，所述具有羧基基团的有机纤维材料为羧基改性的木质纤维，所述金属有机框架材料为铝基金属有机框架材料。

在其中一些实施例中，所述具有羧基基团的有机纤维材料碳化为无机纤维。

上述金属有机框架复合气凝胶材料，包括有机纤维材料及金属有机框架材料，有机纤维材料与金属有机框架材料之间通过羧基连接。采用有机纤维材料作为基体，解决了传统无机材料成型韧性不够的问题。金属有机框架材料在有机纤维表面形成介孔结构，这种中空的介孔结构有效的提高了气凝胶材料的整体的耐热性能，承受350℃以上的高温也能保证材料的完整性。有机纤维与金属有机框架材料之间通过羧基与金属中心配位连接，通过化学键合的方式，使得有机纤维与金属有机框架材料结合紧密，其结合度远大于常规物理方式结合的复合气凝胶材料，因而不容易发生“掉粉”、易碎等问题。

由于有机纤维材料不耐高温，通过退火处理使金属有机框架复合气凝胶材料的有机纤维碳化成为无机纤维，使得金属有机框架复合气凝胶材料在1300℃的高温下，也能保持材料形态的完整，能够适应更高温的隔热需求。

本发明还提供了一种金属有机框架复合气凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将有机纤维材料修饰羧基基团；