[发明专利]一种用于水吸附的锆-有机复合物及制备方法与应用

说明书

本发明涉及多孔金属有机复合材料制备与气体净化技术领域，具体是用于水吸附的一种锆‑有机复合物材料、制备与应用，锆‑有机复合物材料是由锆金属化合物与富马酸络合反应而得，并可通过金属盐、溶剂与添加剂进行材料结构的有效调变，其比表面积介于200‑750m²/g之间，孔径介于0.4‑2nm之间，比重大于1.0g/ml；所述锆‑有机复合物材料自身物化性质稳定，具有良好的室温吸附性能，吸水量大于18wt％，甲苯常压吸附量可达1.2mmol/g，适用于工业与生活中的水吸附过程，及其极性有害气体净化过程；该材料的制备工艺简单、产率高、原料易得且反应条件相对温和，具有较好应用前景。

技术领域

本发明涉及多孔金属有机复合材料制备与气体净化技术领域，具体涉及一种锆有机复合材料的制备方法及应用。

背景技术

湿度是与生产生活密切相关的重要环境参数，适宜的相对湿度对人体健康、工业生产与物质储存有着至关重要的作用。随着我国城市化的飞速发展，湿度调节已成为节能减排的重要方向，比如我国空调系统能耗已经超过4.5亿吨标准煤，其中除湿能耗占空调总能耗的30％-50％。因此，节能型湿度调节技术对于改善人居热湿环境、提高物品储存质量、降低空调能耗与实现建筑节能战略，无疑有着重要的意义。

除湿技术是一种有效的湿度调节手段，对湿度进行严格的控制，能保证环境中的空气质量达到满足人体舒适或工业生产的要求，因此空气的湿度控制问题成为人们关注的焦点。目前空气除湿技术有冷却除湿法、压缩除湿法、膜除湿法、热管除湿法和吸附除湿法等。吸附除湿法具有高效、运行连续可靠、灵活可控且节能节材等特点，是当前最具发展潜力的节能型湿度调节手段之一。其中，吸附材料性能在提升除湿系统整体效率中起决定性作用，因此开发水吸附容量高、吸脱附速率高、再生容易、稳定且成本低的节能型除湿材料具有重要的经济价值。

高效除湿吸附剂需要同时满足高吸水量及低温脱水再生循环的要求，常见的除湿吸附剂包括硅胶、氧化铝、分子筛及复合除湿剂等，但是上述几种常见固体吸附剂存在吸水行为可控性差、吸湿量低，或是再生难度高等问题，很难满足当前节能型除湿过程的要求。

金属有机复合材料(如MOFs，metal-organic frameworks)由于丰富的孔道、大的表面积及其优异的孔道与表面性质可调性，使其快速发展成为一类极具发展潜力的吸水除湿材料。近年来，越来越多的研究人员开展了有机复合材料的合成与应用研究，推动了有机复合材料在水吸附领域应用的快速发展。用于水吸附的有机复合材料需满足三个标准：(1)能在较低的相对相对湿度下吸水，并且在较低的温度下实现再生；(2)水吸附容量大，从而在吸附/脱附过程可以大幅提高能量利用效率；(3)要求材料具有高的吸脱附速率和耐水稳定性。

综上所述，制备具有高吸水性、低水脱附温度且价格低廉的水吸附材料，成为解决空气除湿的关键。锆金属具有+4氧化态，形成的Zr-MOFs材料具有较高的耐水稳定性，Zr无毒生物亲和性好，而且金属锆具有较大矿藏储存量，是极具发展潜力的吸湿材料。目前的合成方法均不利于规模化生产，存在以下问题：产率太低不利于大规模的生产；使用ZrCl₄、氧氯化锆为锆源容易产生HCl，导致设备投资成本高；反应温度较高提高了操作成本。本发明针对当前空气除湿存在的问题，开发一种高效廉价的锆有机复合材料的制备方法，用于水吸附与有毒有害气体的吸附捕集。

发明内容

本发明的目的提供一种锆有机复合材料及其高效廉价制备方法，该材料的制备工艺简便，产率较高，原料易得，反应条件相对温和，材料自身物化性质稳定，具有多孔结构，可用于空气中水吸附过程。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供了一种水吸附锆-有机复合物的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将锆金属盐与富马酸加入溶剂中，在室温下搅拌均匀形成混合物I：