[发明专利]活性炭纤维-金属有机框架复合材料的制备及复合材料和应用

摘要

本发明涉及一种用于气体吸附分离的活性炭纤维‑金属有机框架复合材料的制备。首先利用均匀沉淀法将金属前驱物覆盖于活性炭纤维表面，然后在水或溶剂热条件下将金属前驱物与有机配体配位络合在活性炭纤维表面形成金属有机框架结构，最终实现了活性炭纤维和金属有机框架材料的复合。本发明所述活性炭纤维‑金属有机框架复合材料制备工艺简单，反应条件温和，材料性质稳定，具有多孔结构。该复合材料在CH₄/N₂、CO₂/CH₄、CO₂/N₂、CO₂/CH₄/N₂等气体吸附分离过程中对CH₄、CO₂有明显的选择吸附性能，特别适用于低品质甲烷气的分离、高浓甲烷气的净化以及CO₂的捕集过程。

主权项

1.一种活性炭纤维‑金属有机框架复合材料的制备方法，其特征在于：该复合材料由活性炭纤维和金属有机框架材料经两步复合而成；具体步骤为：（a）活性炭纤维材料处理：首先经一种或二种以上pH值介于0.1‑4的酸液，以1 g炭纤维/10‑500 ml的酸液量浸渍炭纤维，更换酸液重复浸渍过程2‑5次，每次1‑24 h；然后经清洗至中性后，在60‑110℃干燥2‑24 h；（b）将金属离子的前驱物溶于水，与处理后的活性炭纤维混合，再加入水溶性缓释型沉淀剂，利用均匀沉淀法在75‑120℃反应4‑36 h，将金属离子沉积覆盖于活性炭纤维表面，再经溶剂洗涤2‑5次后，在60‑110℃干燥2‑24 h，形成活性炭纤维‑金属前驱物；（c）将活性炭纤维‑金属前驱物置入含有机配体的溶液中，在水热或溶剂热条件下将活性炭纤维表面的金属沉淀物与溶液中的有机配体在30‑200℃配位络合反应2‑72 h；然后用溶剂洗涤2‑5次，在60‑200℃干燥2‑24 h，形成活性炭纤维‑金属有机框架复合材料；所述金属有机框架材料则由金属离子与有机配体在溶剂中通过配位络合作用而自组装形成；所述金属离子为Cu^II、Al^III、Mg^II、Mn^II、Fe^III、Ni^II、Co^II、Zn^II 中的一种或二种以上；所述的有机配体具有至少一个独立的选自氧、硫、氮的原子，且所述有机配体通过他们可配位络合于所述金属离子，有机配体选自于丁二酸、富马酸、甲酸、甲酸甲酯、乙酸、乙酸乙酯、1,2,4‑苯三甲酸、1,3,5‑苯三甲酸、1,4‑苯二甲酸、2,5‑二羟基‑1,4‑苯二甲酸、1,3‑苯二甲酸、异烟酸、2,5‑吡啶二甲酸、咪唑、2‑甲基咪唑、2‑硝基咪唑、苯并咪唑、4,4’‑联吡啶、三乙烯二胺中的一种或二种以上。