[发明专利]离子液体复合金属框架材料捕获NO的应用

说明书

本发明公开了一种离子液体复合金属框架材料捕获NO的应用。采用离子液体IL与金属框架材料MIL‑101‑Cr结合得到的复合材料IL‑MIL‑101‑Cr用于捕获NO。本发明与现有技术相比，优点为：(1) 原材料易得，操作过程简单，对设备要求不高；(2) 制备的IL‑MIL‑101‑Cr复合材料较公开报道的其它NO气体吸附材料的效果有显著进步，可用于航天、航空、航海、深海作业等领域；(3) 复合材料回收方便、可重复使用，环境友好且容易工业放大。

技术领域

本发明涉及一种基于单金属Cr的金属框架材料与离子液体构建的复合材料，在自然温度条件下捕获、吸收NO气体的应用方法，属于资源与环境、新材料领域。

背景技术

一氧化氮（NO），是一种无色无味气体难溶于水的气体，由于NO带有自由基，这使它的化学性质非常活泼，当它与氧气反应后，可形成具有腐蚀性的气体——二氧化氮（NO₂），NO₂可与水反应生成硝酸形成酸雾酸雨；NO具有强氧化性，与易燃物、有机物接触易着火燃烧，接触空气会散发出棕色有酸性氧化性的棕黄色雾；此外，包括NO、NO₂在内的氮氧化物（NOx）会引起呼吸系统、神经系统的损害；特别是，研究甚至发现了NO也是宇航员往返地球、太空时晕厥发作的元凶，这对人类迈向太空、翱翔宇宙无疑是个潜在的隐患。因此，减少NO气体排放、对已经存在的NO气体进行捕获控制等，是治理大气中氮氧化物类污染、控制酸雾酸雨、保护环境安全、人体健康的重要措施。

减少NO排放主要措施是改变汽车的动力：如开发电动汽车及代用燃料汽车；改善现有的汽车动力装置和燃油质量：采用设计优良的发动机、改善燃烧室结构、采用新材料、提高燃油质量等都能使汽车排气污染减少，但是不能达到“零排放”；广泛采用的适用于大量在用车和新车的净化技术：是采用一些先进的机外净化技术对汽车产生的废气进行净化以减少污染，此途径也不能达到“零污染”。

现有氮氧化合物废气主要治理方法按照净化作用原理的不同，可分为催化还原法、吸收和吸附三类：1、催化还原法：在高温、催化剂存在的条件下，将废气中的NOx还原成无污染的N₂，由于反应温度较高，同时需要催化剂，设备投资较大，运行成本较大；2、吸附法：主要是利用吸收材料、吸附剂来吸附大气中的NOx，由于吸附容量小，故该法仅适用于NOx浓度低、气量小的废气处理；3、吸收法：用水或酸、碱、盐的水溶液来吸收废气中的氮氧化合物，使废气得以净化。该法设备投资省，运行成本较低，但由于吸收剂本身是水溶液，很多对湿度要求较高的场所，或者工作条件较苛刻的地方则难以实施。

单金属Cr的金属框架材料在气体分离方面已有应用，碱性离子液体在气体吸附方面也有所应用，但基本是单独应用于CO₂、CO、NH₃等气体的吸收分离，而在NO气体吸收方面应用较少。因此，本发明采用操作简便、采用离子液体为气体吸附剂，MIL-101-Cr为金属框架材料，离子液体与MIL-101-Cr结合得到的复合材料用于捕获NO。

发明内容

本发明的目的在于提出一种离子液体复合金属框架材料捕获NO的应用的新方法，主要是采用离子液体IL为气体吸附剂，MIL-101-Cr为金属框架材料， IL与MIL-101-Cr结合得到的复合材料IL-MIL-101-Cr用于捕获NO。

实现本发明目的的技术解决方案是由制备的MIL-101-Cr为金属框架材料前驱体、离子液体IL为气体吸附剂，IL与MIL-101-Cr结合得到的复合材料IL-MIL-101-Cr，对NO实施高效捕获；其中，IL-MIL-101-Cr的构建具体步骤如下：

步骤1）MIL-101-Cr的制备：将一定量的CrCl₃·6H₂O、对苯二甲酸、1-丁基-3-甲基咪唑盐酸盐和一定量的高纯水，依次加入至聚四氟乙烯内衬中，密封反应釜置于200 ℃烘箱中反应10 h，结束后待溶液自然冷却至室温后，依次用高纯水和无水乙醇溶剂各洗涤3次，最后在100 ℃真空干燥箱中干燥2 h，得到绿色粉末样品，即为目标中间体MIL-101-Cr。