一种聚合物复合金属有机框架材料的制备方法

技术领域

本发明涉及二氧化碳气体吸附材料技术领域，具体涉及一种聚合物复合金属有机框架材料的制备方法。

背景技术

在二氧化碳是主要的温室气体，它吸收地球表面的热辐射。虽然温室气体的主要来源是二氧化碳，但自从寒武纪末二氧化碳的浓度就始终维持稳定。随着绿植光合生物的减少，连续的大规模燃烧化石燃料从工业革命导致了全球变暖，人类活动是全球性气候变化主要的原因。毫无疑问,近年来的许多极端天气事件与大气中过量的二氧化碳浓度相关,温室效应所导致的全球变暖及其他环境问题如海平面持续上涨,越来越多的海洋风暴,山洪,等等。尽管存在其他因素，但上述关系的重要性不应被减弱。不幸的是，据专家预测，大气中二氧化碳浓度增加的趋势在未来几十年内不会改变，因为化石燃料仍将是主要的能源来源。

聚乙烯亚胺(PEI)是一种用高密度胺基官能化的聚合物，可与二氧化碳结合形成氨基甲酸酯，聚乙烯亚胺可以被功能化到MOFs上以增强二氧化碳吸附。

Zn-MOF-74是以Zn

发明内容

本发明提供一种吸附二氧化碳气体的聚合物复合金属有机框架材料，所述材料通过将Zn-MOF-74浸渍在聚乙烯亚胺的醇溶液中制备聚合物复合金属有机框架材料，可以有效地吸附二氧化碳。

本发明包括以下步骤：

（1）、首先将2.329克六水合硝酸锌与0.513克2,5-二羟基对苯二甲酸溶于50毫升N,N-二甲基甲酰胺溶液中，超声30分钟后，加入2.5毫升去离子水，充分混合后得到前驱体混合溶液；

（2）、将上述混合溶液转移到水热反应釜中，在120℃下进行水热反应24小时，待反应完成自然冷却至室温后，将所得沉淀进行溶剂交换并离心清洗，除去过量的配体分子，将溶剂交换并离心后的反应沉淀在100℃下干燥12小时得到干燥的粉末样品；

（3）、超声下将所需量(5%-40%)的聚乙烯亚胺溶解在40毫升无水甲醇中5分钟，在超声下将聚乙烯亚胺甲醇溶液滴入2克Zn-MOF-74粉末中，然后在氮气保护下恒温40℃持续8小时，最后100℃真空干燥，得到目的产物；

作为一种优选方案，所述的一种聚乙烯亚胺与MOF-74的复合材料的制备方法，其特征在于，优选的步骤（3）中的40毫升聚乙烯亚胺甲醇溶液的浓度为5%~40%；

作为一种优选方案，所述的一种聚乙烯亚胺与MOF-74的复合材料的制备方法，其特征在于，优选的步骤（3）中Zn-MOF-74与聚乙烯亚胺组装的方法为浸渍法；

作为一种优选方案，所述的一种聚乙烯亚胺与MOF-74的复合材料的制备方法，其特征在于，优选的步骤（3）中浸渍法的反应条件是在氮气保护下恒温40℃持续8小时；

作为一种优选方案，所述的一种聚乙烯亚胺与MOF-74的复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料应用于二氧化碳的吸附。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

（1）本发明所述方法合成简单，并且易于分离产物；

（2）本发明所述的材料聚合物与MOF-74之间作用稳定，不易脱落；

（3）本发明所述的一种聚合物复合金属有机框架材料能够很好的吸附二氧化碳，具有广泛的应用前景；

（4）本发明所述材料由聚合物和MOF-74复合而成，能够显著增加对二氧化碳的吸附效果。

附图说明

图1是实施例1制备的Zn-MOF-74复合材料的扫描电镜图像；

图2是实施例1制备的5%PEI-MOF-74复合材料的扫描电镜图像；

图3是实施例1制备的5%PEI-MOF-74复合材料的X射线衍射图谱；

图4是实施例1制备的5%PEI-MOF-74复合材料的红外光谱图；

图5是实施例1制备的5%PEI-MOF-74复合材料的EDS能谱图；

图6是实施例1制备的5%PEI-MOF-74复合材料的二氧化碳吸附图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前体下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

实施例1包括以下步骤

1、 将2.329克六水合硝酸锌与0.513克2,5-二羟基对苯二甲酸溶于50毫升N,N-二甲基甲酰胺溶液中，超声30分钟后，加入2.5毫升去离子水，充分混合后得到前驱体混合溶液；

2、 将上述混合溶液转移到水热反应釜中，在120℃下进行水热反应24小时，待反应完成自然冷却至室温后，将所得沉淀进行溶剂交换并离心清洗，除去过量的配体分子，将溶剂交换并离心后的反应沉淀在100℃下干燥12小时得到干燥的粉末样品；

3、 配置浓度为5%的聚乙烯亚胺甲醇溶液，将0.8克聚乙烯亚胺溶解在40毫升无水甲醇中5分钟，在超声下将聚乙烯亚胺甲醇溶液滴入2克Zn-MOF-74粉末中，然后在氮气保护下恒温40℃持续8小时，最后100℃真空干燥，得到目的产物。

本实施例1制得材料的扫描电镜照片如图1所示，图1为Zn-MOF-74晶体的扫描电镜照片，图2是5%PEI-MOF-74复合材料的扫描电镜照片。对比图1、图2可以看出负载聚乙烯亚胺后Zn-MOF-74晶体形貌并没有明显的变化，在晶体表面可以看到聚乙烯亚胺包裹在Zn-MOF-74晶体的表面。通过扫描电镜照片看证明聚乙烯亚胺在Zn-MOF-74晶体表面成功负载；

本实施例1制得材料的X射线衍射图谱如图3所示，该谱图展示了5%PEI-MOF-74复合材料的一些特征峰，5%PEI-MOF-74复合材料的X射线衍射图表明MOF-74的晶体结构在负载聚乙烯亚胺后保存完好；

本实施例1制得材料的红外光谱图如图4所示，从图中可以观察到3500cm

本实施例1制得材料的EDS能谱图如图5所示，从图中可以看出5%PEI-MOF-74复合材料主要元素为碳、氮、氧、锌等，由于纯Zn-MOF-74晶体中不含氮元素，所以5%PEI-MOF-74复合材料中的氮元素来自于聚乙烯亚胺。综合以上表征，证明了聚乙烯亚胺成功的负载到Zn-MOF-74晶体中；

本实施例1制得材料的二氧化碳吸附等温线如图6所示，从5%PEI-MOF-74复合材料的二氧化碳吸附等温线可以看出，本发明所述的复合材料具有良好的二氧化碳吸附能力。