一种具有核-卫星结构的MIL-68@MIL-101金属有机框架及制备方法与应用
本发明属于晶态材料的，技术涉及一种具有核-卫星结构的mil-68@mil-101金属有机框架及其制备方法与应用
背景技术：
1、随着全球人口的快速增长，导致能源消耗也在显著增长。化石燃料是世界能源的主要来源之一，目前作为一种能源在世界范围内引起了广泛的关注和需求。到目前为止，由于超过85％的全球能源需求是由化石燃料燃烧提供的，向大气中排放了大量的二氧化碳，引发了全球能源危机和温室效应。因此控制大气中co2浓度迫在眉睫，能够研究出一种高效吸附co2的新型材料是有深远意义的。
2、与传统的吸附材料相比，金属有机骨架具有表面积大、孔隙率高、形貌可调等优点，目前已被研究运用于催化、离子交换与吸附、生物医药、分子识别和传感等领域，特别是在气体吸附分离方面应用广泛。近年来，由两个或多个mof组成的mof具有高比表面积、多样的多孔结构、丰富的金属中心和配体等独特的结构特点，引起了科研人员的注意。难点在于如何制备材料的多层结构，以同时提高气体的吸附容量和选择性。一个稳定的双mof复合材料应该源于具有较强的配位键以抵抗客体分子的进攻，双mof中的共同有机连接体之间具有更强的相互作用，因此双mof被认为是气体吸附分离的新型吸附剂。现有的技术中大多数都是先合成核心mof，再在核心的表面生长出壳层mof或负载的物质，本发明与其恰恰相反。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种具有核-卫星结构的mil-68@mil-101金属有机框架及其制备方法与应用，该材料具有更好的气体吸附容量和选择性，可解决发电厂烟道气co2/n2的分离问题。
2、本发明目的第一方面：提供一种具有核-卫星结构的mil-68@mil-101金属有机框架的制备方法，包括如下步骤：
3、(1)将金属-有机框架mil-101分散到有机溶剂中，搅拌、超声，得到分散均匀的悬浊液；
4、(2)随后加入mil-68的前驱体到悬浊液中，继续搅拌、超声，最后将混合物转移到有特氟龙衬里的热液高压釜中，在70-130℃中反应5-9h，冷却后，离心，洗涤，干燥，即得具有核-卫星结构的mil-68@mil-101金属有机框架。
5、其中步骤(1)所述金属有机框架mil-101的制备方法，包括以下步骤：将九水合硝酸铬、对苯二甲酸、氢氟酸以及水混合，加热，冷却，离心，洗涤，真空干燥，得到金属有机框架mil-101。所述九水合硝酸铬、对苯二甲酸、氢氟酸以及水的料液比为400mg：166mg：0.020ml：4.8ml；加热温度为220℃，加热时间为8h；真空烘箱干燥(120℃、1200pa)，干燥时间为5h。
6、步骤(1)中所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺。
7、步骤(2)中，mil-68的前驱体包括硝酸铟水合物和对苯二甲酸；硝酸铟水合物和对苯二甲酸的质量比为：90-100：100-110。将所得到的均匀分散的悬浊液装入特氟龙衬里的热液高压釜中，在70-130℃中反应5-9h，冷却后，离心，洗涤，干燥，即得具有核-卫星结构的mil-68@mil-101金属有机框架。
8、步骤(2)中，mil-101和对苯二甲酸的质量比为1：0.8-1.4。
9、本发明目的第二方面，提供了采用上述制备方法制备的具有核-卫星结构的mof@mof金属有机框架。
10、本发明目的第三方面，提供了一种mil-68@mil-101金属有机框架在二氧化碳吸附分离中的应用。
11、本发明的制备方法中，对苯二甲酸为配体和结构导向剂，分别和金属离子进行配位，原位合成核心mil-68，同时诱导mii-101在mil-68表面进行卫星结构式的原位生长，最终形成具有核-卫星结构的mil-68@mil-101金属有机框架。
12、和现有技术相比，本发明可至少取得如下有益效果其中之一：
13、1、本发明采用原位生长的方法，制备了mil-68@mil-101金属有机框架，采用该方法制备出的核-卫星mof，即以mil-68为核心在其表面原位生长着分散的mil-101，实际为众多八面体结构的mil-101向外生长，形成众多mil-101包围mil-68的结构，相比于加了聚乙烯吡咯烷酮(pvp)制备出的核-卫星mof，具有负载量和粒径尺寸可调的优势，在气体吸附分离方面更有潜力。
14、2、本发明制备得到的mil-68@mil-101金属有机框架，具有更优异的co2吸附性能，二氧化碳的吸附量可达到38.6cm3/g，比核心mil-68提高了17.3％，mil-68@mil-101金属有机框架具有更大的吸附量，应用性强。
15、3、本发明的制备方法简单，原料便宜、易于实施，适用于co2/n2气体分离，具有较强的普适性。
技术特征：
1.一种具有核-卫星结构的mil-68@mil-101金属有机框架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.按照权利要求1所述一种具有核-卫星结构的mil-68@mil-101金属有机框架的制备方法，其特征在于，mil-68的前驱体包括硝酸铟水合物和对苯二甲酸，硝酸铟水合物和对苯二甲酸的比为:90-100mg:100-110mg。
3.按照权利要求2一种具有核-卫星结构的mil-68@mil-101金属有机框架的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，mil-101和对苯二甲酸的质量比为1：0.8-1.4。
4.按照权利要求1所述一种具有核-卫星结构的mil-68@mil-101金属有机框架的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺。
5.按照权利要求1-4任一项所述的一种具有核-卫星结构的mil-68@mil-101金属有机框架。
6.按照权利要求1-4任一项所述的一种具有核-卫星结构的mil-68@mil-101金属有机框架的应用，在二氧化碳吸附分离中的应用。
7.按照权利要求6的应用，用于co2/n2气体分离。
技术总结
一种具有核‑卫星结构的MIL‑68@MIL‑101金属有机框架及制备方法与应用，属于晶态材料的技术领域。将金属有机框架MIL‑101分散到有机溶剂中得到分散均匀的悬浊液，随后加入硝酸铟水合物和对苯二甲酸，继续搅拌、超声，最后将混合物转移到有特氟龙衬里的热液高压釜中，在70‑130℃中反应5‑9h，冷却后，离心，洗涤，干燥，即可。本发明公开的具有核‑卫星结构的MIL‑68@MIL‑101金属有机框架合成方法简单，所需原料成本低，具有更好的CO2吸附容量，适用于CO2/N2气体分离，具有较强的普适性；而且制备方法简单，操作快捷，可使用价值高，具有广泛的工业应用前景。
技术研发人员：俞嘉梅,帅琦,李文梁,赵琛
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5