一種導熱增強型金屬有機框架氣體存儲材料的制備

　　随着我国经济的迅猛发展以及我国作为全球制造业大国的崛起，作为国民经济基础工业要素之一的工业气体行业在国民经济中的重要地位和作用日益凸显。由于工业气体的密度小，需要将其压缩才能够储存和输送，，常见的存储方法要紧有压缩气体(在一 50°C下加压包装完全是气态的气体；这一类别包括临界温度小于或等同一 50°C的所有气体)、液化气体(在温度大于一 50°C下加压包装部分是液态的气体、溶解气体(加压包装溶解于液相溶剂中的气体)、冷冻液化气体(由于其温度低而部分呈液态的气体)等。但是这些存储方法仍有许多安全隐患，例如需要压服、低温等存储条件，同时，对气体压缩、储存的相应设备要求也非常高。基于吸附原理的新型气体存储方法获得了广泛的注目并敏捷发展起来。通常在室温、中低压(<6MPa)条件下，气体能够自动吸附在多孔材料的内外表，且要紧产生物理吸附。吸附作用产生的原因是气体分子与固体吸附剂原子之间的作用力。基于吸附的气体存储过程中，选择适宜的吸附剂可以实现在储罐压力低于外界压力时，气体被吸附在吸附剂固体微孔的外表，借以储存；外界压力低于储罐压力时，气体从吸附剂固体外表脱附开释以供应外界需要。但是，由于气体吸附与脱附过程中相伴着明显的热效应，气体的吸附和脱附可被看作是可逆的过程，吸附过程放热对气体吸附量的提高有不顺妨碍，同时脱附过程中明显的温度降低也将妨碍气体的开释功效。因此提高吸附剂的传导性能也是推进气体吸附存储技术发展的重要因素。而MOFs材料具有特殊的可后修饰的特征，能够通过有机合成手段在已制备的MOFs材料中进行进一步修饰，增加活性位点等。基于金属有机框架材料以上特点，开发一种新型金属有机框架材料作为气体吸附剂，用于解决气体吸附土地存在的由于吸脱附过程产生热效应而降低气体有效吸附量的问题，具有广阔的应用前景。

本文的目的在于通過“一鍋”法在MOFs材料孔道內部進行合成後修飾並固載金屬納米粒子，獲得一類新型導熱增強型氣體吸附材料，通過金屬納米粒子的高熱導率強化熱量沿MOFs材料骨架上的傳導，從而實現氣體吸脫附過程中産生的熱量通過吸附劑材料快速傳遞與擴散，從而解決工業氣體存儲領域長期存在的吸脫附過程中由于溫度變化大，導致的吸附量降低和脫附殘余量增加的問題。具體技術方案如下：

(I)金屬有機框架材料的制備:將金屬源前驅體和有機配體如羧酸類或吡啶類溶解或疏散于一定的溶劑中，根據不同需要进入特定的添加劑，在室溫或40120°C條件下攪拌或超聲1min240min，然後在特定的容器中溫度爲101000°C、無壓力或壓力爲IMPaIGPa條件下反應I120ho將産物離心洗滌，在40150°C下幹燥272h後获得金屬有機框架材料。其中，金屬源前驅體，有機配體和添加劑的摩爾比爲I50:150:050。

(2)金属有机框架材料的“一锅”法合成后修饰及金属纳米粒子的原位还原:将制备获得的金属有机框架材料疏散于一定的溶剂中，进入一定量的后修饰所需的试剂，在特定的添加剂作用下，在室温或40150 °C下搅拌或超声反应2h24h，步骤(2)与步骤(I)中的溶剂和添加剂雷同。其中，金属有机框架材料，后修饰试剂和添加剂的摩尔比为I20:580:10100。随后在反应溶液中进入金属纳米粒子的前驱体溶液，在-5100°C下搅拌或超声30min240min，进入特定的还原剂溶液反应30min120min。将产物离心洗涤，将获得的粉末在40120°C下真空干亢548h获得孔道中固载了金属纳米粒子的金属有机框架材料。其中金属有机框架材料，金属纳米粒子前驱体和还原剂的摩尔比为I50:150:4100。

本方案的優點在于:1)開發一種新型工業氣體吸附材料一一導熱增強型金屬有機框架材料；2)所制備的金屬有機框架工業氣體吸附劑，能夠高效吸脫附工業氣體並有效提高了吸附劑的導熱性能，幸免吸脫附過程中的熱效應對吸附量的影響；3)用本發明提供的方法原材料價廉易得，工藝簡單、反應條件溫和、適合規模化生産。