[发明专利]一种利用高压均质制备金属有机框架材料的方法

说明书

一种利用高压均质制备金属有机框架材料的方法，该合成方法是在常温常压下，以常用有机配体、无机金属或金属簇为原料，水或有机试剂为溶剂，有机酸和无机酸为催化剂，经高压均质机均质一定时间获得产品。在烧杯中加入2,5‑二羟基对苯二甲酸、氢氧化钠、Zn(CH₃COO)₂·2H₂O和水，加入或不加负载物或称混配物，混合均匀后加入高压均质机中均质一定时间；在均质反应后将产物粉末抽滤或离心，滤液回收再次利用，产物粉末经洗涤、真空干燥得到金属有机框架材料HPH‑MOF‑74。本发明方法具有反应连续、操作简单、成本低、得率高、环保节能、反应时间短、易于使粉末状MOF成型等优势，具有大规模生产的潜力，将极大推进MOFs材料的工业化生产进程。

技术领域

本发明属于金属有机框架材料技术领域，具体涉及一种利用高压均质制备金属有机框架材料及其复合材料的方法。

背景技术

金属有机框架材料(Metal organic framework,MOFs)，是一种由无机金属离子或金属簇和有机配体相连接形成的具有周期网格结构的晶体材料。MOFs合成、功能化、设计以及对它性能研究成果对于无机化学、材料化学、有机化学、物理化学、配位化学、生物化学及分析化学等多个科学领域的发展具有推动作用。该类材料因其易功能修饰、结构规则、孔道结构可调、比表面积大等优势，受到科研工作者的广泛关注，在吸附分离、能源存储、传感、检测、催化、气体捕捉等方面具有广泛应用前景。

金属有机框架材料是经热力学控制的有序多孔晶态材料，常由热力学反应制备。目前主要制备方法为溶剂热法、微波辐射法、离子热法和机械研磨法，其中溶剂热法是最普遍的合成方法。

采用水、溶剂热合成法制备金属有机框架材料，对MOFs材料具有较好的普适性，但该方法合成时间较长，反应条件苛刻，产物得率低，无法进行连续化批量生产；微波法和离子热法由于其设备造价昂贵、无法规模化以及成本高等原因，导致这两种方法同样难以实现批量化生产，严重影响材料的工业化应用。

采用常规方法制备所得金属有机框架材料通常为粉末状，无法成型，继而难以进一步应用。以纤维素等材料为底物，对MOF材料进行负载，制备所得复合物易于成膜和制备水、气凝胶等。有利于推进材料进一步的工业化应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种利用高压均质(high pressurehomogenization，HPH)制备金属有机框架材料及其复合物的方法，解决现有技术中存在的合成时间长、工艺复杂、能耗高、产率低、有机溶剂使用量大、不环保、且MOF材料难以成型等诸多问题。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种利用高压均质制备金属有机框架材料及其复合材料的方法，包括以下步骤：

在常温常压条件下，以常用有机、无机金属或金属簇为原料，所合成的MOFs包括但不限于IRMOF(Isoreticular Metal-Organic Framework)、ZIF(Zeolitic imidazolateframework)、CPL(Coordination Pillared-Layer)、MIL(Materials of InstitutLavoisier)、PCN(Porous Coordination Network)、UiO(University ofOslo)系列材料；所用溶剂包括水或所有常用有机溶剂，该有机溶剂包括但不限于N,N-二甲基甲酰胺、二氧六环、乙醇、乙腈、四氢呋喃；催化剂包括但不限于醋酸、硝酸等常用催化剂。该反应物中所使用的负载物或称混配物包括但不限于一切不影响MOF生成的底物，如纤维素、纤维素纳米纤丝、纤维素纳米晶体、细菌纳米纤维素、壳聚糖、石墨烯等。将悬浮液搅拌5min，然后将混合液加入高压均质机进行均质反应。反应结束后，将均质产物经真空抽滤，所得液体回收并循环使用，所得固体经洗涤后，经真空干燥得到相应金属有机框架材料。