一种混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料及其制备方法与应用。

背景技术

空气是人类赖以生存的重要外界环境之一，SO

目前，现有的气体净化方式通常采用活性炭和天然沸石等物理吸附，此类材料具有较大的比表面积，但是对于气体的吸附量较小，消耗比较大，对低浓度的污染吸附效果不佳。另外，吸附时存在吸附的专一性问题，对混合气体，不具备选择性，吸附性会减弱，且存在脱附过程，造成二次污染。另外天然沸石孔道易堵塞，其表面硅氧结构具有极强的亲水性，吸附过程中水分子的存在会竞争表面活性位点，消耗孔体积，导致对目标分子的吸附量减小，结构外部阴离子易水解。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料及其制备方法与应用，以至少解决现有技术存在的对混合气体不具备选择性，吸附性会减弱的问题。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

第一方面，本发明提供了一种混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法，包括以下步骤：

将铜盐、配体和溶剂混合溶解，然后加入活性炭，快速搅拌20～40min，得到待反应液；

将待反应液置于75～85℃的温度条件下加热回流20～24h，冷却至室温，过滤，洗涤，干燥，得到Cu-MOFs浸渍活性碳。

结合第一方面，在一些实施方式中，所述铜盐为硝酸铜、醋酸铜和氢氧化铜中的任一种。

结合第一方面，在一些实施方式中，所述配体为均苯三甲酸，或者所述配体为均苯三甲酸与1,4-苯二甲酸或1,2,4,5-苯四甲酸的混合物。

结合第一方面，在一些实施方式中，所述配体由均苯三甲酸和1,4-苯二甲酸组成，所述配体中1,4-苯二甲酸的摩尔百分比为25％～75％。

结合第一方面，在一些实施方式中，所述配体由均苯三甲酸和1,2,4,5-苯四甲酸组成，所述配体中1,2,4,5-苯四甲酸的摩尔百分比为25％～75％。

结合第一方面，在一些实施方式中，所述活性炭为木质活性炭、煤质活性炭、椰壳活性炭和生物质活性炭中的任一种。

结合第一方面，在一些实施方式中，所述混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料中活性炭的含量为10wt％～100wt％。

第二方面，本发明提供了一种混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料，所述Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料由上述的制备方法制备得到。

第三方面，本发明提供了上述制备方法制备得到Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料在吸附酸性气体中的应用。

结合第三方面，在一些实施方式中，所述酸性气体为SO

本发明通过加热回流法合成了混配Cu-MOFs@AC吸附剂，利用H

本发明的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料，将混配Cu-MOFs引入介孔AC框架中，HKUST-1或混配Cu-MOFs和AC的两个界面之间形成了大量的微孔，具有丰富的含氧官能团，明显提高吸附材料对SO

附图说明

图1为AC、HKUST-1、Cu-MOFs、HKUST-1@AC和Cu-MOFs@AC的XRD衍射图像；

图2为AC、HKUST-1、Cu-MOFs、HKUST-1@AC和Cu-MOFs@AC的初始效率图；

图3为AC、HKUST-1@AC和Cu-MOFs@AC对氮气的吸附脱附曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用原料、设备或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

本实施例采用加热回流法合成无复合连接剂的Cu-MOFs(HKUST-1)浸渍活性炭吸附材料(HKUST-1@AC)，方法如下：

首先，将8.75g的Cu(NO

实施例2

本实施例采用加热回流法合成25％1,4-苯二甲酸(H

首先，将8.75g的Cu(NO

实施例3

本实施例采用加热回流法合成25％1,2,4,5-苯四甲酸(H

首先，将8.75g的Cu(NO

实施例4

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例1中的活性炭的添加量修改为1.83g(Cu-MOFs浸渍活性炭吸附材料的30wt％)，其他条件不变。

实施例5

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例1中的活性炭的添加量修改为3.05g(Cu-MOFs浸渍活性炭吸附材料的50wt％)，其他条件不变。

实施例6

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例1中的活性炭的添加量修改为4.88g(Cu-MOFs浸渍活性炭吸附材料的80wt％)，其他条件不变。

实施例7

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例1中的活性炭的添加量修改为6.1g(Cu-MOFs浸渍活性炭吸附材料的100wt％)，其他条件不变。

实施例8

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例2中的活性炭的添加量修改为1.83g(Cu-MOFs浸渍活性炭吸附材料的30wt％)，其他条件不变。

实施例9

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例2中的活性炭的添加量修改为3.05g(Cu-MOFs浸渍活性炭吸附材料的50wt％)，其他条件不变。

实施例10

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例2中的活性炭的添加量修改为4.88g(Cu-MOFs浸渍活性炭吸附材料的80wt％)，其他条件不变。

实施例11

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例2中的活性炭的添加量修改为6.1g(Cu-MOFs浸渍活性炭吸附材料的100wt％)，其他条件不变。

实施例12

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例3中的活性炭的添加量修改为1.83g(Cu-MOFs浸渍活性炭吸附材料的30wt％)，其他条件不变。

实施例13

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例3中的活性炭的添加量修改为3.05g(Cu-MOFs浸渍活性炭吸附材料的50wt％)，其他条件不变。

实施例14

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例3中的活性炭的添加量修改为4.88g(Cu-MOFs浸渍活性炭吸附材料的80wt％)，其他条件不变。

实施例15

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例3中的活性炭的添加量修改为6.1g(Cu-MOFs浸渍活性炭吸附材料的100wt％)，其他条件不变。

实施例16

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例2中的H

实施例17

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例8中的H

实施例18

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例9中的H

实施例19

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例10中的H

实施例20

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例11中的H

实施例21

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例3中的H

实施例22

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例12中的H

实施例23

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例13中的H

实施例24

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例14中的H

实施例25

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例15中的H

实施例26

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例2中的将H

实施例27

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例8中的将H

实施例28

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例9中的将H

实施例29

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例10中的将H

实施例30

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例11中的将H

实施例31

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例3中的将H

实施例32

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例12中的将H

实施例33

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例13中的将H

实施例34

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例14中的将H

实施例35

本实施例的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料的制备方法中，将实施例15中的将H

实施例36

本实施例采用加热回流法合成HKUST-1，方法如下：

首先，将8.75g的Cu(NO

实施例37

本实施例采用加热回流法合成25％1,4-苯二甲酸(H

首先，将8.75g的Cu(NO

对实施例1、2制备得到的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料(HKUST-1@AC、Cu-MOFs@AC)，以及实施例36和37制备得到的材料进行如下性能检测：

(1)X-射线衍射(XRD表征)，利用X射线衍射仪对样品在2θ＝5～50℃之间进行扫描，测试结果如图1所示，纯AC的XRD无特征峰，而在AC上引入纯Cu-MOFs以及混配Cu-MOFs后均可见6.7°、9.5°、11.6°出现典型特征三强峰，分别对应的晶面为(200)(220)(222)，说明在AC上形成了结构稳定的Cu-MOFs结构。

(2)比表面积测试，先将样品在100℃下加热6h，然后在77K条件下，利用物理吸附仪进行N

(3)气体吸附测试，利用静态吸附装置测定常温下粉状活性炭和实施例1、2分别制备得到的混配Cu-MOFs浸渍活性碳吸附材料对SO

另外，AC、HKUST-1@AC和Cu-MOFs@AC的SO

表1

本发明通过加热回流法合成了混配Cu-MOFs@AC吸附剂，利用H

本发明将混配Cu-MOFs引入介孔AC框架中，HKUST-1或混配Cu-MOFs和AC的两个界面之间形成了大量的微孔，具有丰富的含氧官能团，明显提高吸附材料对SO

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。