一种用于提高MOF-801气体分离性能的缺陷工程改性方法和应用

本发明属于气体分离，具体涉及一种用于提高mof-801气体分离性能的缺陷工程改性方法和应用。

背景技术：

1、气体分离在工业和环境领域中具有重要意义。它是一种将混合气体中的不同成分分离出来的过程，可以有效地提取纯净的气体，满足不同的需求。二氧化碳(co2)是温室气体，对全球气候变化有着重要影响。而氮气(n2)是大气中的主要成分之一，通过co2/n2分离，可以将co2从混合气体中分离出来，减少二氧化碳的排放，降低温室效应，对环境保护具有积极作用。此外，甲烷(ch4)是一种重要的燃料，广泛应用于能源生产和工业生产中。通过ch4/n2分离，可以将甲烷从混合气体中分离出来，提取纯净的甲烷用于能源供应，提高能源利用效率。

2、mofs材料在气体分离中具有重要意义，其高选择性分离、高吸附容量、可再生性和可重复使用性以及多功能性等特点使其成为研究和应用的热点。mofs材料的进一步研究和开发有望为气体分离技术的发展提供重要的支持，促进工业生产效率的提高和环境可持续发展的实现。在诸多mofs材料中，mof-801是由具有12连接的{m6(μ3-o)4(μ3-oh)4(coo)12}和富马酸配体构成的具有fcu拓扑结构的金属有机框架化合物，之前的研究表明，调制剂添加量的增加会阻碍配体与调制剂的取代进程，进而影响mofs的骨架结构，这一缺陷工程改性策略在催化、电化学等领域已有相当的报道，然而在气体分离领域却鲜有报道。因此，迫切需要大量的研究来阐述缺陷工程改性对于mofs材料在气体分离领域的重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于提高mof-801气体分离性能的缺陷工程改性方法和应用，以解决mof-801对于co2/n2和ch4/n2混合气体分离性能的不足，为mofs材料在气体分离中应用提供新的改性思路。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种用于提高mof-801气体分离性能的缺陷工程改性方法，所述改性方法的具体操作为：称取适量的金属盐，加入去离子水，超声5～10min后加入甲酸，所得混合溶液以600rpm搅拌20min后，加入富马酸，再次将所得混合溶液在室温下搅拌12h，离心，用水和乙醇洗涤，干燥，得到改性后的一系列材料zr-fax(其中x为甲酸和水的体积比)。

4、进一步的，上述的一种用于提高mof-801气体分离性能的缺陷工程改性方法，所述的金属盐为氯化锆。

5、进一步的，上述的一种用于提高mof-801气体分离性能的缺陷工程改性方法，甲酸和水的体积比分别为0.5、1或2。

6、进一步的，上述的一种用于提高mof-801气体分离性能的缺陷工程改性方法，按摩尔比，金属盐:富马酸＝1:1。

7、上述的zr-fax应用于co2/n2的混合气体分离或ch4/n2的混合气体分离。

8、进一步的，上述的应用，方法如下：将co2/n2的混合气体或ch4/n2的混合气体通入装有活化后的zr-fax材料的不锈钢管中。

9、更进一步的，上述的应用，所述co2/n2混合气体中体积比为15：85。

10、更进一步的，上述的应用，所述ch4/n2混合气体体积比为50:50。

11、更进一步的，上述的应用，所述zr-fax材料的活化方法包括如下步骤：将zr-fax材料置于甲醇中72h，进行溶剂交换，期间每12h换一次新鲜的甲醇，交换完成后离心分离活化产物并在75℃下真空干燥，再在120℃下真空活化12h。

12、本发明的有益效果是：

13、1、本发明所用的有机配体富马酸是一种绿色廉价的有机配体，结构中共轭的c＝c双键以及金属团簇中的μ-oh位点对co2和ch4能够产生极化作用，从而达到高效吸附的目的。

14、2、本发明制备的zr-fax在co2/n2和ch4/n2混合气体气体中的穿透实验表明，该改性方法有利于提高mof-801的气体分离性能。由此说明该材料可以实际有效地实现co2/n2和ch4/n2的高选择性分离。

15、3、本发明合成的zr-fax系列材料具有优异的化学稳定性与热稳定性。热重测试和吸附分离后的xrd均表明该材料具有很好的稳定性和可再生性能。

16、4、本发明通过绿色合成的方法制备了一种反应条件温和、产量大且具有高稳定性的金属有机框架材料，该金属有机框架材料在co2/n2和ch4/n2选择分离吸附领域以及缓解温室效应方面具有极大的应用前景。

17、5、本发明所述改性方法操作简单、重复性好，具有一定的扩展性，所制备材料具有良好的分离循环稳定性，为mofs材料在气体分离中的应用提供了新的改性思路。

技术特征：

1.一种用于提高mof-801气体分离性能的缺陷工程改性方法，其特征在于，所述改性方法的具体操作为：称取适量的金属盐，加入去离子水，超声5～10min后加入甲酸，所得混合溶液以600rpm搅拌20min后，加入富马酸，再次将所得混合溶液在室温下搅拌12h，离心，用水和乙醇洗涤，干燥，得到改性后的一系列材料zr-fax，其中x为甲酸和水的体积比。

2.根据权利要求1所述的一种用于提高mof-801气体分离性能的缺陷工程改性方法，其特征在于，所述的金属盐为氯化锆。

3.根据权利要求1所述的一种用于提高mof-801气体分离性能的缺陷工程改性方法，其特征在于，甲酸和水的体积比分别为0.5、1或2。

4.根据权利要求1所述的一种用于提高mof-801气体分离性能的缺陷工程改性方法，其特征在于，按摩尔比，金属盐:富马酸＝1:1。

5.权利要求1所述的zr-fax应用于co2/n2的混合气体分离或ch4/n2的混合气体分离。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，方法如下：将co2/n2的混合气体或ch4/n2的混合气体通入装有活化后的zr-fax材料的不锈钢管中。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述co2/n2混合气体中体积比为15：85。

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述ch4/n2混合气体体积比为50:50。

9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述zr-fax材料的活化方法包括如下步骤：将zr-fax材料置于甲醇中72h，进行溶剂交换，期间每12h换一次新鲜的甲醇，交换完成后离心分离活化产物并在75℃下真空干燥，再在120℃下真空活化12h。

技术总结
本发明属于气体分离技术领域，具体涉及一种用于提高MOF‑801气体分离性能的缺陷工程改性方法和应用。该改性方法是通过调节甲酸和溶剂的体积比，在MOF‑801中引入结构缺陷，改性后的材料相比于母体材料具有更加优异的CO<subgt;2</subgt;/N<subgt;2</subgt;和CH<subgt;4</subgt;/N<subgt;2</subgt;分离性能。本发明的整个过程简便、无毒无害、成本低廉，并且容易扩大生产，为MOFs材料在气体分离中的工业化应用提供了重要思路。

技术研发人员：韩正波,李晨宁,刘琳,许维国
受保护的技术使用者：辽宁大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8