[发明专利]一种双胺基修饰MOF/GO烯复合吸附剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种双胺基修饰MOF/GO烯复合吸附剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1：以GO为原料，GO分散于水溶液后超声剥离，获得GO烯以及未完全剥离的GO，通过离心除去不溶物，将其余溶液继续离心获得初筛的GO烯，冷冻干燥，然后利用化学裁剪法制得裁剪后的GO烯；步骤2：将步骤1的产物加入N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)、乙醇共溶剂中，混合均匀；然后加入ZrCl₄、氨基对苯二甲酸通过微波辅助溶剂热法原位合成GO烯/NH₂‑UiO‑66复合物，采用超临界CO₂干燥对GO烯/NH₂‑UiO‑66复合物进行活化和溶剂脱除；步骤3：将步骤2的产物加入无水己烷悬浮液中，再加入尿素，N₂气氛下回流18h，后过滤、再用己烷洗涤，最后在真空条件下50℃干燥24h，即得双胺基修饰MOF/GO烯复合吸附剂。

技术领域

本发明属于环保技术领域，特别涉及一种双胺基修饰MOF/GO烯复合吸附剂的制备方法及其在二氧化碳吸附中的应用。

背景技术

根据国际能源署(IEA)数据显示，2021年全球二氧化碳排放量为330亿吨，创历史新高。为了改善这种状况，世界各国积极开发使用清洁能源，同时着力发展高效的二氧化碳俘获、存储和分离(CO₂ Capture and Separation，CCS)技术。目前，工业上常用氨类溶液吸收、捕集二氧化碳，然而在后续脱附处理的过程中需要消耗的巨大能量，同时也不可避免的带来环境污染。因此，作为可选择的代替品，低能耗的固体吸附剂受到广泛关注。

相比传统沸石、活性炭等孔材料，金属有机框架化合物(MOF)发展迅速。这是因为MOF新材料结合了高分子和配合物两者的特点，它们不仅仅具有丰富的空间拓扑结构、可控合成，同时又兼具结构设计，较高比表面积，较高孔隙率以及方便调控孔道环境等特点。因此MOF新材料在气体吸附存储，分离等领域表现出极佳的应用前景，也被认为是二氧化碳存储和选择性捕集的一个最有前景的平台。2010年，加州大学洛杉矶分校的Yaghi教授课题组设计的MOF-210，在室温和50bar压力下对CO₂吸附容量可达2.4g/g，远远高于其它固体吸附剂。在MOFs类中，UiO-66是由对苯二甲酸和Zr⁴⁺构筑而成，其机械、化学以及热稳定性高，在二氧化碳吸附方面显示出良好的性能，大的比表面积并不是高吸附量的唯一标准，合适的孔径和孔结构也对气体吸附量和选择性起着决定作用。将MOFs与其它材料复合以达到结构提空和功能改善成为新的研究热点。研究发现(美国城市大学Bondosz教授等)，将氧化石墨烯到多孔材料中可有效调节孔径和孔体积，使其与被吸附目标的分子直径相匹配，避免自由体积的浪费，从而提高气体的吸附性能，这为后续复合吸附剂的研究指明了方向。前人的研究还表明(Stavitski、Pachfule等)，MOFS材料经氨基修饰后，可显著提高CO₂吸附的选择性。

CN201510155183.9公开了一种金属有机骨架材料PEI@UiO-66及其制备方法与在吸附分离CO₂中的应用。包括如下步骤：(1)将无水乙醇滴加到聚乙烯亚胺(PEI)中，超声混合至PEI完全溶解；(2)将所得混合液逐滴加入经预处理的UiO-66金属有机骨架材料上；(3)将步骤(2)所得的糊状混合物在N₂气氛中烘干；(4)将烘干后的材料真空干燥便制得PEI@UiO-66吸附剂。应用步骤(4)制得的PEI@UiO-66吸附CO₂时，可调控进料气体的温度和相对湿度，以进一步提高PEI@UiO-66吸附剂吸附CO₂的容量。PEI@UiO-66吸附剂不仅具有很好的水热稳定性，并且大幅提高了UiO-66材料在温和温度和潮湿条件下对CO₂的吸附容量和对CO₂/CH₄混合气的分离选择性。