[发明专利]一种碳气凝胶/金属有机骨架复合材料及其制备方法和在气体存储中的应用

说明书

本发明提供一种碳气凝胶/金属有机骨架复合材料及其制备方法和在气体存储中的应用，属于高分子材料和气体存储技术领域。该复合材料以具有较佳吸附能力的MOFs材料和碳气凝胶骨架材料组成，其中，MOFs材料作为客体材料直接组装至气凝胶的骨架之中，共同碳化后得到一种块状、无需粘结剂的复合吸附剂材料，可有效吸附甲烷气体并进行存储，因此具有良好的实际应用之价值。

技术领域

本发明属于高分子材料和气体存储技术领域，具体涉及一种气凝胶/金属有机骨架复合材料及其制备方法和在气体存储中的应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

金属有机骨架(MOFs)是近二十年来发展非常迅速的一种新型的多孔材料，具有超高的比表面积、可调的孔尺寸和超大的孔隙率等特点，被广泛的应用于气体吸附、催化、光电材料等领域。目前，已经有相当数量的MOFs应用于气体吸附，并展现出优异的吸附性能，它被认为是最具潜力的吸附材料。尽管如此，但MOFs多为颗粒或粉末状，不利于其回收再利用；而且材料成本高，大规模生产困难，这严重阻碍了其实际应用。

基于此，人们正致力于将MOFs结合到气凝胶的基质中去制备生物质气凝胶复合材料。这样既克服了原有材料的缺陷，又发挥了单一材料的优势，是获得理想材料的一种策略。气凝胶复合材料是一种新的纳米结构材料，由于其有利的性质而受到了越来越多的关注。MOFs的微孔性与中孔性和气凝胶的中孔性与大孔性的结合使得气凝胶复合材料成为分级多孔材料。而且由于这两种材料优异性能的结合，使得气凝胶复合材料在吸附、催化、能量转换和存储装置应用中表现出优越的性能。鉴于生物质气凝胶和MOFs优异的吸附性能，该复合材料逐渐成为气体吸附领域的研究热点，而且研制和开发这种新型的高效吸附剂对于吸附应用具有重要的现实意义和研究价值。

随着人们对生存环境的日益关注,天然气以其低污染、低成本、易加工等特点，其作为洁净的新型能源正受到世界各国的日益重视。与传统储存方式压缩天然气和液化天然气相比，吸附天然气(ANG)具有储罐自重轻、安全性好、操作费用低等优点，被认为是目前最安全最经济的储存方法。ANG主要是以高比表面积的多孔材料作为介质，在较低的，压力下(35-65bar)实现甲烷的高效储存。高性能吸附剂材料是ANG技术的核心，针对目前存在的关键问题---存储容量有限进行突破，将在很大程度上推动天然气吸附存储技术的推广使用。

但由于MOFs是粉体吸附剂，装填于储罐中，颗粒之间留有许多空隙，这些空隙中天然气的密度实际上就是储罐压力下(3-6MPa)的单纯压缩天然气密度，它们对增加ANG的存储密度没有贡献。

为克服压缩天然气的缺点，各国广泛开展了天然气吸附技术的研究。天然气吸附技术是采用高比表面的吸附剂，在低压下通过微孔的吸附作用实现天然气的高密度储存，达到与压缩天然气相近的存储能力。与压缩天然气相比，天然气吸附技术具有储罐自重轻、安全性好、操作费用低等优点，具有显著的经济优势。由于天然气的主要成分为甲烷，因此设计和制备吸附甲烷的高效储存材料是天然气吸附技术的研究重点。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种碳气凝胶/金属有机骨架复合材料及其制备方法和在气体存储中的应用。该复合材料以具有较佳吸附能力的MOFs材料和碳气凝胶骨架材料组成，其中，MOFs材料作为客体材料直接组装至气凝胶的骨架之中，共同碳化后得到一种块状、无需粘结剂的复合吸附剂材料，可有效吸附甲烷气体并进行存储，因此具有良好的实际应用之价值。

具体的，本发明涉及以下技术方案：

本发明的第一个方面，提供一种碳气凝胶/金属有机骨架复合材料，所述碳气凝胶/金属有机骨架复合材料包括：

碳气凝胶骨架材料；以及，

MOF材料，所述MOF材料负载于气凝胶骨架材料上。