一种热解MOFs制备纳米材料的半连续生产方法及系统与流程

一种热解mofs制备纳米材料的半连续生产方法及系统
技术领域
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本发明公开的热解mofs制备mofs衍生纳米材料的半连续方法及其系统装置，属于纳米材料技术领域。


背景技术：

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金属有机骨架材料（metal-organic frameworks，mofs）是由含氧、氮的多齿有机配体与金属原子或金属原子簇以配位键相连接、自组装形成的具有周期性网络结构的类沸石材料，现已广泛应用于气体吸附、分离，非均相催化反应和光电磁性，药物储存和缓释，传感器等方面。与传统的多孔材料相比，mofs 具有以下特点：第一，种类多，功能性强，目前合成的mofs材料大于五千种。第二，高比表面积和孔隙率。mofs 材料属于多孔材料，是目前发现的具有超高比表面积（s
langmuir 最高可超过10400 m2g-1
）同时还拥有超高孔隙率(最高可达到90 %的自由体积)的晶体材料。第三，孔尺寸可调节。调变有机配体和金属离子的种类，可以合成孔径由几个埃到几十纳米的 mofs 材料。第四，相对较差的热稳定性和化学稳定性。mofs 的热稳定性和化学稳定性不佳是指其在温度高、湿度大、各种有机溶剂等外界环境的作用下，mofs 结构发生坍塌，其根本原因是金属离子和有机配体间的配位键在外界因素的作用下发生断裂。这是 mofs 构成方式所内在的缺陷，是研究人员不能忽视的缺点。但是，有一利必有一弊，出于mofs不稳定的缺点，人们已经将各种各样的mofs材料进行高温热解，制备出了功能多样的纳米材料，目前文献和专利上已有众多相关报道。比如，中国专利cn 201911345852.3报道了一种co-tpm的制备及其在惰性气氛下热解后可以得到一种钴氮共掺杂碳基电催化剂材料；中国专利cn 201910700518.9报道了空气中焙烧m-bdc（m=cu、zn、y、la、ce、ti、zr、v、cr、mn、fe、co和ni等）可以得到二维氧化物催化材料，对于挥发性有机化合物去除具有良好效果；中国专利201810896057.2报道了一种纳米短棒状mofs的制备及其高温热解后得到了海胆状金属氧化物多孔光催化材料。
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但是mofs热解所带来的问题是大部分有机体分解丢失，所获得固体材料量一般小于起始mofs质量的30%，为获得足够量的样品，人们往往需要使用管式炉进行间歇式生产操作方式，包括mofs粉体的装填，热解，卸料，清洗被有机废物污染的反应管路，再装填mofs粉体，如此反复，非生产性时间较长。


技术实现要素：

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本发明的目的就是为了克服上述问题而提供一种热解mofs制备纳米材料的半连续方法及其系统装置。
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为实现此目的，本发明使用如下技术方案，包括：一种热解mofs制备纳米材料的系统装置，包括输送管、加热炉、丝杠；输送管穿过加热炉，输送管前端部分设置mofs粉体进料口且进料口上设置mofs粉体仓，输送管后端部分按顺序先接纳米材料出料口，再接出渣口，且出渣口上连接收集罐，收集罐上设置排空口；输送管末端采用密封盖密封；丝杠设置于输送管内，外表面设置螺旋槽，且在外部电机的驱动
下旋转。
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进一步地，在输送管末端的密封盖垂直于输送管的内壁中心设置内孔，丝杠与内孔之间通过旋转轴承连接。
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进一步地，还包括设置于输送管上的进气管，进去管输送惰性气体或空气。
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进一步地，进气管穿过进气盖进入粉体仓并接近进料口，粉体仓通过进料口与输送管联通。
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与现有使用管式炉热解mofs技术相比，本发明具有以下优点：本发明将适量mofs粉体装入粉体仓后，使用丝杠传送和卸料，实现了mofs衍生纳米材料的半连续制备，提高了生产强度，解决了现有管式炉热解mofs工艺中产量低、非生产时间长的问题。
附图说明
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图1为本发明的结构示意图。
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图2为输气管末端密封盖的左视图。
具体实施例
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实施例1结合图1，本发明mofs半自动热解装置包括电机（1）、联轴器（2）、丝杠前端轴（3）、粉体仓（4）、进气管（5）、进气盖（6）、进料口（7）、输送管（8）、管式炉（9）、丝杠（10）、出料阀（11）、出料口（12），出渣口（13）、收集罐（14）、排空口（15）、密封盖（16）和电热保温带（17）。输送管（8）水平固定放置在管式炉（9）内，输送管（8）中段可在管式炉（9）的加热区受热升温，输送管（8）的两端伸出管式炉炉体。输送管（8）的前端上侧设有进料口（7），粉体仓（4）与进料口（6）垂直连接。输送管（8）的后端下侧首先连接样品出料阀（11），出料阀连接出料口（12），然后输送管后端下侧再与出渣口（13）相连，出渣口（13）与收集罐（14）垂直相连接，另外，输送管（8）的后端至密封盖（16）、出料阀（11）上端管路以及出渣口（3）使用电热保温带（17）进行保温。进气管（5）穿过进气盖（6）进入粉体仓（4）并接近进料口，为mofs热解提供气氛，还可对粉体仓进行吹扫清除剩余mofs粉体。mofs热解产生的气体可经出渣口（13）、收集罐（14）和排空口（15）通出，同时热解所产生的有机液固废料可在收集罐（14）内回收。丝杠（10）从输送管（8）内水平穿过，电机（1）通过联轴器（2）与丝杠前端轴（3）相连。电机1启动后，可带动丝杠（10）在不锈钢管内螺旋传动。输送管（8）为不锈钢管。
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结合图2，密封盖（16）垂直于输送管（8）的左侧壁面中心设置内孔（18），丝杠（10）与内孔（18）之间通过旋转轴承连接而实现旋转。
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本发明系统的创新点在于各部件的连接关系，系统中涉及电机，联轴器、粉体仓、进气盖、进气管、输送管、丝杠、管式炉、出料阀、收集罐、密封盖、电加热带等部件的详细结构与控制采用本领域的常规技术即可，此处不再赘述。
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具体操作是：电机（1）未启动时，打开进气盖（6），将适量mofs粉体加入粉仓（4）中，此时有部分mofs粉体沉积在不锈钢管（8）内的丝杠（10）上，关闭进气盖（6），从进气管（5）通入气体。启动电机（1），丝杠（10）开始做螺旋传动，将适量mofs粉体传送至管式炉（9）内恒温加热区，关闭电机（1），设置热解温度和时间后进行热解。由于丝杠（10）与不锈钢管（8）内壁的间隙很小，
mofs粉不会漏积在不锈钢管（8）内。进气管（5）在为mofs的热解提供气氛的同时，可在煤粉仓（4）内对进入不锈钢管（8）的mofs粉体进行吹扫，避免mofs粉体堆积无法下落。mofs粉体热解时，所产生的有机液固废料在收集罐（14）内收集，所产生尾气经出渣口（13）、收集罐（14）和排空口（15）通出。热解结束后，打开出料阀（11），所得纳米材料在丝杠（10）的螺旋传动作用下从出料口（12）卸出。