一种电石渣基MOF材料的制备方法及其二氧化碳吸附的应用

本发明涉及电石渣的资源化利用，具体涉及一种电石渣基mof材料的制备方法及其二氧化碳吸附的应用。

背景技术：

1、近年来，工业的快速发展导致化石燃料(包括煤炭、石油和天然气)的消耗量不断增加。产生的大量co2导致了严重的环境问题，如全球变暖、海洋酸化、极端天气和物种灭绝。2022年6月，大气中的二氧化碳浓度已超过417ppm。因此，降低大气中的co2浓度是非常有必要的。找到一种科学合理的技术来分离或捕获co2具有重要意义。

2、在过去几十年中，固体吸附剂(如沸石、活性炭、多孔有机聚合物、共价有机框架(cof)和金属有机框架(mof))因其高吸附容量和易于控制的质地特性，成为co2吸附剂的良好候选者。金属有机框架(mof)是一类新型固体吸附剂，由金属离子和有机连接体组成开放式框架结构。由于可以通过设计和功能化sbu、连接体和孔隙环境来微调其物理和化学特性，mof为二氧化碳的分离和富集提供了巨大的潜力。但mof因其热稳定性低，高温下易分解，显著的影响co2吸附效率。方酸钙mof是一种钙基金属有机框架材料，具有优异的热稳定性和刚性框架，非常适用于二氧化碳吸附领域。shi等人(mechanochemical synthesis ofan ethylene sieve utsa-280[j].journal of solid state chemistry,2020,287.)采用机械化学方法，利用氧化钙和氢氧化钙成功的与方酸反应，形成方酸钙mof，吸附了84cm3/g的二氧化碳。一方面，虽然mofs对二氧化碳具有优异的吸附性能，但多为物理吸附，具有吸附动力学较差的缺点，添加胺基可以提高吸附剂的化学吸附，提高吸附剂的二氧化碳动力学和选择性。另一方面，mofs的高成本一直是限制其工业应用的原因之一。

3、电石渣是乙炔气体生产过程中产生的钙基工业废弃物。我国电石渣年产量约为4300万吨，电石渣累计堆存量已超过1亿吨。电石渣的大量堆积会造成地下水污染、土壤碱化，严重破坏周边生态环境。目前，电石渣主要用于建筑、环保、化工等行业，生产碳化砖、水泥、生石灰、碳酸钙、脱硫剂等低附加值产品。目前仍有大量的电石渣没有得到利用，如何合理利用电石渣生产高附加值产品和解决环境问题是当前亟待解决的难题。因此，电石渣的废弃物处理和资源化利用成为备受关注的话题。由于电石渣的主要成分是ca(oh)2，是制备mof材料的良好候选材料。以电石渣为原料，不仅可以降低mof的生产成本，为其产业化提供新的途径，还可以解决电石渣的处理问题，是一个有前景的发展方向。

4、目前由电石渣基mof材料的制备方法及其二氧化碳吸附的应用还未见报道。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电石渣基mof材料的制备方法及其二氧化碳吸附的应用，解决了现有技术中成本高，mof材料热稳定性低和吸附动力学较差的问题。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种电石渣基mof材料的制备方法，包括如下步骤：

4、1)取电石渣与方酸混合，加入去离子水，在球磨机中球磨，用去离子水洗涤过滤，真空干燥得到固体粉末；

5、2)将四亚乙基五胺加入到无水甲醇中搅拌混合，得到混合溶液；

6、3)将步骤1)的固体粉末加入到步骤2)得到的混合溶液中，搅拌，用无水甲醇洗涤过滤，真空干燥得到所述电石渣基mof材料。

7、优选的步骤1)中所述电石渣，方酸，去离子水的质量比为1：(1-2)：(1-4)；所述球磨频率为10-30hz，球磨时间为20-60min。

8、优选的步骤2)中所述四亚乙基五胺的含量为固体粉末和四亚乙基五胺之和的百分比的10％-50％；四亚乙基五胺与无水甲醇的质量比为1：(10-40)

9、优选的步骤1)中所述真空干燥温度为100-110℃，干燥时间为6-12h；

10、步骤3)中所述真空干燥温度为50-70℃，干燥时间为6-12h；

11、优选的步骤2)中所述搅拌温度为20-30℃，搅拌时间为20-30min。

12、步骤3)中所述搅拌温度为20-30℃，搅拌时间为6-12h。

13、优选的，按质量百分比计，所述电石渣主要包括90％以上的cao。

14、优选的，应用于二氧化碳吸附。

15、优选的，所述二氧化碳的吸附量为1.96-2.89mmol/g。

16、上述电石渣基mof材料的制备方法，利用电石渣制备出电石渣基mof材料应用于二氧化碳吸附领域，拥有对环境无污染，没有副产物，吸附性能优异，循环稳定性好的优点。二氧化碳的吸附能力可以达到2.89mmol/g，且在10次循环过程中保持稳定。

17、本发明的有益效果：

18、1.本发明提供的电石渣和方酸可以在室温下经过球磨方法合成，形成方酸钙mof材料。

19、因为四亚乙基五胺对二氧化碳有强结合能力，能提高二氧化碳的吸附性能和选择性，制备的电石渣基mof材料具有较高的二氧化碳吸附能力和循环稳定性。

20、2.本发明提供的电石渣基mof材料的制备方法可以从生产乙炔的工厂中获取电石渣作为原材料，价格低廉；生产过程工艺简单，适合大规模生产。

21、3.本发明制备的电石渣基mof材料，四亚乙基五胺负载到mofs上，不易挥发，对设备腐蚀性很小，满足工业处理的要求。

技术特征：

1.一种电石渣基mof材料的制备方法；其特征是，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的电石渣基mof材料的制备方法；其特征是，步骤1)中所述电石渣、方酸、去离子水的质量比为1：(1-2)：(1-4)。

3.如权利要求1所述的电石渣基mof材料的制备方法；其特征是，步骤1)球磨频率为10-30hz，球磨时间为20-60min。

4.如权利要求1所述的电石渣基mof材料的制备方法；其特征是，步骤1)所述真空干燥温度为100-110℃，干燥时间为6-12h。

5.如权利要求1所述的电石渣基mof材料的制备方法；其特征是，步骤2)中四亚乙基五胺的含量为固体粉末和四亚乙基五胺之和的百分比的10％-50％。

6.如权利要求1所述的电石渣基mof材料的制备方法；其特征是，步骤2)四亚乙基五胺与无水甲醇的质量比为1：(10-40)。

7.如权利要求1所述的电石渣基mof材料的制备方法；其特征是，步骤2)中搅拌温度为20-30℃，搅拌时间为20-30min。

8.如权利要求1所述的电石渣基mof材料的制备方法；其特征是，步骤3)中真空干燥温度为50-70℃，干燥时间为6-12h。

9.如权利要求1所述的电石渣基mof材料的制备方法；其特征是，步骤3)中搅拌温度为20-30℃，搅拌时间为6-12h。

10.权利要求1制备的电石渣基mof材料应用于二氧化碳吸附。

技术总结
本发明涉及一种电石渣基MOF材料的制备方法及其二氧化碳吸附的应用。取电石渣与方酸混合，加入去离子水，在球磨机中球磨，用去离子水洗涤过滤，真空干燥得到固体粉末；将四亚乙基五胺加入到无水甲醇中搅拌混合，得到混合溶液；将得到的固体粉末加入到混合溶液中，搅拌，用无水甲醇洗涤过滤，真空干燥得到所述电石渣基MOF材料。利用电石渣制备出电石渣基MOF材料应用于二氧化碳吸附，拥有对环境无污染，吸附性能优异，循环稳定性好的优点。二氧化碳的吸附能力可以达到2.89mmol/g，且在10次循环过程中保持稳定。而且制备方法简单，绿色环保，成本低廉，适合大规模生产。

技术研发人员：张芝昆,张宇琪,刘丽娜
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16