一种基于冻干技术的金属有机框架的制备装置的制作方法

本实用新型属于金属有机框架材料制备装置领域，具体涉及一种基于冻干技术的金属有机框架的制备装置。

背景技术：

真空冷冻干燥或称冻干就是让产品预先冻结，然后在一定的真空环境下提供合适的升华热，使冻结产品中的水分或溶剂转化成水蒸气，达到产品脱水的目的。这样可以大大保持原料原有的形貌或者性能。目前，冷冻干燥方法使用在热敏物品中，例如制药和生化产品、食物等，其中干燥物品首先被冷冻，结晶的冰在真空下由该物品升华，通过凝结重新作为冰析出。

金属有机框架是一种多孔材料，由金属离子和有机配体的配位键自组装结合而成，有很多突出的优势，例如高的比表面积，易于灵活调节的主体结构和孔道直径等。由于其具有的优秀性质，金属有机框架(mof)在大量领域有着不俗的应用前景，例如药物传递、气体储存、催化剂和传感器等。该产品具有优良的多孔形貌，但在制备或者贮存过程中很容易受外界影响改变其内部形貌，从而使其性能大大降低。

因此，开发一种简单、经济、适于大规模生产的基于冻干技术的金属有机框架的制备装置对金属有机框架(mof)材料的工业化领域的发展具有非常重要的意义。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供一种基于冻干技术的金属有机框架的制备装置，用于制备具特殊形貌的金属有机框架材料，其工艺流程包括将多孔金属有机框架材料经洗涤后将多孔金属有机框架材料均匀铺设于冻干装置中，进行抽真空后对产品进行冷冻，当附着在该金属有机框架材料上的洗涤溶剂形成固体后，开启辐射加热装置，使用该冻干技术对金属有机框架材料进行干燥后，最终的产品可最大程度保留原有的多孔结构。

为实现上述目的，按照本实用新型，提供一种基于冻干技术的金属有机框架的制备装置，包括依次连接的金属源储料罐、配体储料罐、反应装置、洗涤装置和冻干装置；

其中，所述金属源储料罐和配体储料罐底端的出料口分别与所述反应装置顶端的入料口连通，进行金属有机框架材料的制备；所述反应装置底端的出料口与洗涤装置顶端的入料口的连通管道通过泵装置连接；所述洗涤装置的出料管道连通至所述冻干装置的冻干室内，所述洗涤装置的出料管道出口设置为漏斗状，所述冻干装置冻干室一侧壁设有抽真空管道与外界的抽真空装置连通。

优选地，所述冻干装置冻干室的内侧壁设有冷凝壁，所述冷凝壁包括冷凝腔，所述冷凝腔由多个凹槽结构构成。

优选地，所述冻干装置底部设有废液槽，所述冷凝腔与所述废液槽连通，所述废液槽设有出液口。

优选地，所述冻干装置包括物料传输装置，设于所述洗涤装置的出料管道出口下方，用于均匀铺设经洗涤后的金属有机框架材料。

优选地，所述冻干装置顶端设有冷冻机组，所述冷冻机组与系统控制装置电连接。

优选地，所述冻干装置包括辐射加热装置，所述辐射加热装置与系统控制装置电连接。

优选地，所述系统控制装置包括显示界面，所述显示界面设于所述冻干装置的外壁上。

优选地，所述冻干装置包括排气阀。

优选地，还包括第一处理池和第二处理池；所述洗涤装置的废液管道和所述冻干装置底部的出液口与第一处理池顶端的入料口连通，所述第一处理池底端的出料口与第二处理池顶端的入料口连通。

优选地，所述反应装置内设有搅拌装置。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本实用新型提出一种基于冻干技术的金属有机框架的制备装置，可以适用规模化生产。包括冻干装置，其工艺流程包括将制备好的多孔金属有机框架材料经充分洗涤后均匀铺设于冻干装置中，进行抽真空后对产品进行冷冻，当附着在该金属有机框架材料上的洗涤溶剂形成固体后，开启辐射加热装置，该固体洗涤溶剂直接升华进入冻干装置的冷凝壁中，在冷凝腔中液化后汇集至废液槽中排出，该金属有机框架材料完成冷冻干燥后，打开排气阀，使冻干室恢复原气压后，将金属有机框架材料取出。使用该冻干技术对金属有机框架材料进行干燥后，最终的产品可最大程度保留原有的多孔结构。

2.本实用新型提出一种基于冻干技术的金属有机框架的制备装置，可以适用规模化生产。该冻干装置中设有系统控制装置，可以对干燥过程的温度和其他参数根据产品特定的升华性能来控制和监视，以便获得形貌保持更好的产物。

3.实用新型提出一种基于冻干技术的金属有机框架的制备装置通过设计废水处理装置，将洗涤后的废水进行处理，反应工艺简单可控，环境友好。

附图说明

图1为按照本实用新型实现的一种基于冻干技术的金属有机框架的制备装置的整体结构示意图；

图2为按照本实用新型实现的一种基于冻干技术的金属有机框架的制备装置的冻干装置的细节示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

金属源储料罐-1，配体储料罐-2，反应装置-3，洗涤装置-4，冻干装置-5，第一处理池-6，第二处理池-7，冻干室-51，抽真空装置-52，冷凝壁-53，冷凝腔-54，凹槽结构-55，废液槽-56，出液口-57，物料传输装置-58，冷冻机组-59，系统控制装置-510，显示界面-511。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

需要说明的是，本实用新型涉及的术语“第一\第二”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里描述或图示的那些以外的顺序实施。

如图1所示，根据本实用新型优选的实施方式，提供一种基于冻干技术的金属有机框架的制备装置，用于制备具特殊形貌的金属有机框架材料，其工艺流程包括：将制备好的多孔金属有机框架材料经充分洗涤后，将多孔金属有机框架材料均匀铺设于冻干装置中，进行抽真空后对产品进行冷冻，当附着在该金属有机框架材料上的洗涤溶剂形成固体后，开启辐射加热装置，该固体洗涤溶剂直接升华进入冻干装置的冷凝壁中，在冷凝腔中液化后汇集至废液槽中排出，该金属有机框架材料完成冷冻干燥后，打开排气阀，使冻干室恢复原气压后，将金属有机框架材料取出。使用该冻干技术对金属有机框架材料进行干燥后，最终的产品可最大程度保留原有的多孔结构。

本实施例中，提供一种基于冻干技术的金属有机框架的制备装置，包括依次连接的金属源储料罐1、配体储料罐2、反应装置3、洗涤装置4和冻干装置5；

其中，金属源储料罐1和配体储料罐2底端的出料口分别与反应装置3顶端的入料口连通，进行金属有机框架材料的制备；反应装置3底端的出料口与洗涤装置4顶端的入料口的连通管道通过泵装置连接；洗涤装置4的出料管道连通至冻干装置5的冻干室51内，洗涤装置4的出料管道出口设置为漏斗状，冻干装置5冻干室51一侧壁设有抽真空管道与外界的抽真空装置52连通。

更进一步地，多孔金属有机框架反应装置包括金属源储料罐1、配体储料罐2和反应装置3。金属源储料罐1和配体储料罐2的出料口分别与反应装置3顶部的进料口连通。金属源储料罐1和配体储料罐2分别用于储存金属盐溶液和有机配体溶液，并在反应装置3中进行自组装反应生成金属有机框架材料。

更进一步地，金属源优选为硝酸镍，氯化镍，硫酸镍，醋酸镍，硝酸钴，氯化钴，硫酸钴，醋酸钴，硝酸铁，氯化铁，硫酸铁，醋酸铁，硝酸铝，氯化铝，硫酸铝，醋酸铝，硝酸锰，氯化锰，硫酸锰，醋酸锰，硝酸钛，氯化钛，硫酸钛，硝酸银等其中的一种。配体优选为对苯二甲酸，均三苯甲酸、2-氨基对苯二甲酸，2-羟基对苯二甲酸，2-溴对苯二甲酸，2,5-二羟基对苯二甲酸，2,2'-联吡啶-5,5'-二羧酸，2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪，偶氮苯-4,4-二羧酸，2,5-二氨基对苯二甲酸，4-(4-吡啶基)苯甲酸等其中的一种。

更进一步地，反应装置3包括搅拌装置和加热控制装置；搅拌装置设置于反应装置3内腔中，加热控制装置包括温度传感器和加热器，温度传感器设置于反应装置3顶端，加热器设置于反应装置3内壁中。

进一步地，反应装置3底部的出料口与洗涤装置4顶部的入料口连通，洗涤装置4用于对反应装置3制备的金属有机框架材料进行洗涤干燥。

进一步地，洗涤装置4的出料管道连通至冻干装置5的冻干室51内，洗涤装置4的出料管道出口设置为漏斗状。更进一步地，洗涤装置4中用于进行洗涤的溶剂优选为蒸馏水。

如图2所示，冻干装置5冻干室51一侧壁设有抽真空管道与外界的抽真空装置52连通；用于对金属有机框架材料进行抽真空处理；冻干装置5冻干室51的内侧壁设有冷凝壁53，冷凝壁53包括冷凝腔54，冷凝腔54由多个凹槽结构55构成，用于对附着在金属有机框架材料上的溶剂升华后气化物质进行收集，并在冷凝腔54中进行液化。冻干装置5底部设有废液槽56，冷凝腔54与废液槽56连通，废液槽56设有出液口57。液化后的溶剂通过冷凝腔54流入废液槽56中，再从废液槽56的出液口57中排出。

进一步地，冻干装置5包括物料传输装置58，设于洗涤装置4的出料管道出口下方，用于均匀铺设经洗涤后的金属有机框架材料。当物料传输装置58以一定给进速度进行传输时，金属有机框架材料从洗涤装置4的出料管道中输出，均匀铺设在物料传输装置58上。

进一步地，冻干装置5顶端设有冷冻机组59，冷冻机组59与系统控制装置510电连接。冻干装置5包括辐射加热装置，辐射加热装置与系统控制装置510电连接。冷冻机组59用于对金属有机框架材料进行冷冻，辐射加热装置用于对冷冻后的金属有机框架材料进行辐射加热，以使附着在金属有机框架材料上的溶剂进行升华。系统控制装置可以对冷冻机组59和辐射加热装置进行控制，可以控制冷冻和辐射加热的温度和时间。

更进一步地，系统控制装置510包括显示界面511，显示界面511设于冻干装置5的外壁上。

进一步地，冻干装置5包括排气阀。用于产物完成冻干后，进行气压的恢复，更进一步，冻干装置5包括冻干室门，开启冻干室门可以取出冻干后的金属有机框架材料。

进一步地，还包括第一处理池6和第二处理池7；洗涤装置4的废液管道和冻干装置5底部的出液口57与第一处理池6顶端的入料口连通，第一处理池6底端的出料口与第二处理池7顶端的入料口连通。更进一步地，第一处理池6和第二处理池7内设有搅拌装置。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。