一种液态化金属有机框架及其制备方法

本发明属于材料合成，涉及一种液态化金属有机框架及其制备方法。

背景技术：

1、由于工业上化石燃料的大量燃烧导致了co2的过量排放，并引起了国内外越来越多的研究关注，这促使学术界和工业界开发高效的co2捕获材料。目前的碳捕获材料可分为两类：多孔固体吸附剂和液体吸附剂。具有固定孔隙结构和结构多样性的多孔材料(例如沸石和金属有机框架(metal-organic frame，mof)等)具有更好的选择性吸附行为，但现在面临多孔材料难以插入流动管道的问题。

技术实现思路

1、目的：为了克服现有技术中的不足，解决多孔材料无法插入流动管道的问题，本发明提供一种液态化金属有机框架及其制备方法。

2、技术方案：本发明采用的优选技术方案为：

3、根据本发明的第一方面，提供一种液态化金属有机框架的制备方法，包括：

4、步骤(a)、将氯化锆和2,5-二羟基对苯二甲酸溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，通过水热法制备出纳米级别的金属有机框架；

5、步骤(b)、将环氧官能化聚乙二醇甲醚和硅烷偶联剂加入到甲醇中，在设定温度下制备得到聚乙二醇低聚物溶液；

6、步骤(c)、将步骤(a)得到的金属有机框架分散到步骤(b)得到的聚乙二醇低聚物溶液中，在设定温度下反应得到反应液；

7、步骤(d)、将步骤(c)得到的反应液在去离子水中透析、旋蒸去除去离子水，得到液态化金属有机框架。

8、在一些实施例中，步骤(a)中，加入的氯化锆和2,5-二羟基对苯二甲酸的摩尔比例为1～3。

9、在一些实施例中，步骤(a)中，水热法制备的温度为100-150℃，优选为110-130℃。

10、在一些实施例中，步骤(b)中，加入的环氧官能化聚乙二醇甲醚和硅烷偶联剂的摩尔比例为0.8～2，优选为1～1.5。

11、在一些实施例中，步骤(b)中，硅烷偶联剂为kh550，kh601，kh602的一种或几种；

12、在一些实施例中，步骤(b)中，设定温度为40-70℃；

13、在一些实施例中，步骤(b)中，反应时间为12-24小时。

14、在一些实施例中，步骤(c)中，设定温度为40-70℃；

15、在一些实施例中，步骤(c)中，反应时间为24-48小时。

16、在一些实施例中，所述环氧官能化聚乙二醇甲醚的制备方法包括：

17、将聚乙二醇甲醚、氢氧化钠和环氧氯丙烷加入到反应容器中，混合反应一定时间后，加入二氯甲烷并过滤除去固体，旋蒸除去二氯甲烷溶剂，得到环氧官能化聚乙二醇甲醚。

18、在一些实施例中，所述环氧官能化聚乙二醇甲醚的制备过程中，加入的聚乙二醇甲醚、氢氧化钠和环氧氯丙烷的摩尔比例为1：(2-4)：(2-4)，优选为1：3：3。

19、在一些实施例中，所述环氧官能化聚乙二醇甲醚的制备过程中，反应温度为35-60℃，优选为40℃；反应时间为1～3小时，优选为2h。

20、根据本发明的第二方面，提供一种液体化的金属有机框架，由所述的制备方法制得。

21、根据本发明的第三方面，提供所述的液态化金属有机框架在气体吸附中的应用。

22、多孔液体是一种具有永久孔隙率的新兴液体材料，通过精心的设计，多孔液态可以将有固定孔隙结构的多孔固体材料和具有流动性、热传质特性的液体吸附剂这两个看似矛盾的特征有机地结合起来。与传统多孔固体材料相比，多孔液体的流动性优势使其能够连接到现有的工厂管道中。因此，多孔液体在许多应用领域表现出了广泛的潜力，特别是在尺寸和形状选择性气体吸附和分离方面。

23、有益效果：本发明提供一种液态化金属有机框架的制备方法，在有机溶剂体系通过水热法合成制备出纳米级别的金属有机框架颗粒；通过环氧官能化聚乙二醇甲醚与硅烷偶联剂的开环反应制备出聚乙二醇低聚物；将金属有机框架颗粒和聚乙二醇低聚物分散在有机溶剂中，聚乙二醇低聚物通过硅烷偶联剂和金属有机框架的缩合反应接枝到金属有机框架颗粒的表面；透析上述反应液并除去相应溶剂得到液态化金属有机框架。有效解决了传统固体材料无法进入流动性管道的问题，液态化金属有机框架结合了固体多孔材料和液体吸附剂的特性，在气体吸附方面有广阔的商业应用前景。具体表现在：

24、(1)发明了一种通用型液态化金属有机框架的策略，实现了多孔固体材料金属有机框架在室温条件下可流动的特性。

25、(2)通过调控表面接枝的聚乙二醇低聚物的分子量，有效调控液态金属有机框架的粘度及流动性。

技术特征：

1.一种液态化金属有机框架的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，加入的氯化锆和2,5-二羟基对苯二甲酸的摩尔比例为1～3；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，加入的环氧官能化聚乙二醇甲醚和硅烷偶联剂的摩尔比例为0.8～2，优选为1～1.5。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，硅烷偶联剂为kh550，kh601，kh602的一种或几种；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(c)中，设定温度为40-70℃；

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述环氧官能化聚乙二醇甲醚的制备方法包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述环氧官能化聚乙二醇甲醚的制备过程中，加入的聚乙二醇甲醚、氢氧化钠和环氧氯丙烷的摩尔比例为1：(2-4)：(2-4)，优选为1：3：3。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述环氧官能化聚乙二醇甲醚的制备过程中，反应温度为35-60℃，优选为40℃；

9.一种液态化金属有机框架，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制得。

10.权利要求9所述的液态化金属有机框架在气体吸附中的应用。

技术总结
本发明属于材料合成技术领域，公开了一种液态化金属有机框架及其制备方法，方法包括：在有机溶剂体系通过水热法合成制备出纳米级别的金属有机框架颗粒；通过环氧官能化聚乙二醇甲醚与硅烷偶联剂的开环反应制备出聚乙二醇低聚物；将金属有机框架颗粒和聚乙二醇低聚物分散在有机溶剂中，聚乙二醇低聚物通过硅烷偶联剂和金属有机框架的缩合反应接枝到金属有机框架颗粒的表面；透析上述反应液并除去相应溶剂得到液态化金属有机框架。本发明提出一种金属有机框架液态化的新策略，扩大了金属有机框架的应用范围。

技术研发人员：付宇,黄扬泽
受保护的技术使用者：南京林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13