本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、二氧化碳作為以一種典型的溫室氣體，它主要是通過多種社會(huì)活動(dòng)進(jìn)行排放的，例如化石燃料的燃燒和多種化學(xué)過程。全球約44％的二氧化碳來自煤炭、石油、壓縮天然氣(cng)和燃料燃燒等。隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，為了滿足日益增長(zhǎng)的人類需求，能量的消耗快速遞增。目前，約85％的能量來源于化石燃料的燃燒，最終導(dǎo)致大量的co2排放到環(huán)境中。為了應(yīng)對(duì)全球的氣候變化，需要對(duì)co2進(jìn)行捕集并進(jìn)一步利用。近些年來，碳捕集技術(shù)得到了一定程度的發(fā)展，其中吸附法因其簡(jiǎn)單有效且成本較低受到了廣泛關(guān)注。對(duì)于吸附材料而言，吸附特性主要受其比表面積和孔容影響，在多孔材料中，無機(jī)-有機(jī)材料在近年來備受關(guān)注。

2、mofs材料(金屬有機(jī)化合物)是一種類沸石結(jié)構(gòu)，是由有機(jī)配體與含金屬團(tuán)簇或金屬節(jié)點(diǎn)通過共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵自發(fā)組裝相互連接而制成的。這類吸附劑具有許多優(yōu)點(diǎn)，如具有穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)、高的比表面積、可控的孔結(jié)構(gòu)和可調(diào)的孔表面。mofs材料的形狀和大小都可以選擇不同的金屬離子和有機(jī)配體來進(jìn)行調(diào)控，以此改進(jìn)對(duì)氣體的吸附或分離。目前，mofs材料會(huì)與不同基底材料復(fù)合使用，以此來調(diào)節(jié)復(fù)合材料的孔隙度，促進(jìn)其對(duì)氣體的吸附，常見的基底材料為氧化鋁、二氧化硅、碳納米管、無定形碳和氧化石墨烯(go)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了豐富捕集co2氣體的吸附材料，本發(fā)明提供一種穩(wěn)定性較強(qiáng)、吸附性能較好的復(fù)合材料。

2、作為本發(fā)明的一個(gè)方面，涉及一種復(fù)合材料，所述復(fù)合材料是以多孔碳材料為載體，金屬有機(jī)化合物為前驅(qū)體組成；所述多孔碳材料的氧基團(tuán)與所述金屬有機(jī)化合物的金屬中心通過配位鍵連接。

3、在具體實(shí)施例中，所述多孔碳材料選自厚度為0.3～1.0nm、片層直徑為0.5～10μm的氧化石墨烯材料。

4、在具體實(shí)施例中，所述金屬有機(jī)化合物選自u(píng)io-66-oh，cu-btc，uio-66，uio-66-no2，uio-66-nh2，uio-66-ch3中的一種。

5、作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，涉及上述復(fù)合材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：

6、s1、氧化石墨烯的制備

7、向濃硫酸中依次加入石墨粉和硝酸鈉，攪拌均勻得到體系a；降低體系a的溫度后，加入kmno4，升溫反應(yīng)得到體系b；將體系b置于冰水浴中，加入去離子水，再置于室溫條件下，加入雙氧水繼續(xù)反應(yīng)，洗滌、干燥得到氧化石墨烯；

8、s2、氧化石墨烯懸濁液的配制

9、將s1中的氧化石墨烯經(jīng)超聲處理分散到去離子水中得到氧化石墨烯懸濁液；

10、s3、前驅(qū)體溶液的配制

11、向酸性溶劑中加入金屬鹽和有機(jī)配體，在攪拌條件下，反應(yīng)得到前驅(qū)體溶液；

12、s4、復(fù)合材料的配制

13、將s2制得的氧化石墨烯懸濁液加入到s3制得的前驅(qū)體溶液中，混合均勻得到體系c，將體系c置于油浴鍋中反應(yīng)，洗滌，干燥得到復(fù)合材料。

14、在具體實(shí)施例中，s1中，所述體系a的溫度降低至0～5℃。

15、在具體實(shí)施例中，所述s1中，溫度升高至20～30℃，反應(yīng)10～14h得到體系b。

16、在具體實(shí)施例中，所述s1中，加入雙氧水繼續(xù)反應(yīng)0.5～1h。

17、在具體實(shí)施例中，s2中，所述氧化石墨烯的添加量占總反應(yīng)物(即氧化石墨烯，金屬鹽和有機(jī)配體)質(zhì)量之和的0.074％～0.26％，具體來講，氧化石墨烯添加的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.074％～0.26％。

18、在具體實(shí)施例中，s2中，所述超聲處理時(shí)間為6～8h。

19、在具體實(shí)施例中，s3中，所述酸性溶劑選自乙酸，甲酸或草酸中的一種。

20、在具體實(shí)施例中，s3中，所述金屬鹽為氯氧化鋯或三水硝酸銅。

21、在具體實(shí)施例中，s3中，所述有機(jī)配體選自2，5-二羥基對(duì)苯二甲酸，對(duì)苯二甲酸，2-硝基對(duì)苯二甲酸，2-甲基對(duì)苯二甲酸，2-羥基對(duì)苯二甲酸，均苯三甲酸或2-氨基對(duì)苯二甲酸中的一種。

22、在具體實(shí)施例中，s4中，所述體系c置于100～120℃油浴鍋中反應(yīng)18～24h。

23、作為本發(fā)明的又一方面，涉及上述復(fù)合材料的應(yīng)用，，所述復(fù)合材料作為吸附劑應(yīng)用于吸附領(lǐng)域中。

24、作為本發(fā)明的再一個(gè)方面，涉及一種co2的捕集方法，所述方法使用上述的復(fù)合材料。

25、本發(fā)明以氧化石墨烯為功能化載體，制備出高水穩(wěn)定性的氧化石墨烯負(fù)載mofs的復(fù)合材料，在添加極少量的go后，復(fù)合材料顯示與mofs相比具有較小的聚集顆粒，歸因于氧化石墨烯片層中的氧基團(tuán)與mofs中金屬中心之間的配位，從而阻止了mofs微晶的聚集并增加其分散性，能夠提供更多的吸附活性位點(diǎn)從而增加吸附性能，可用作co2的高效捕集。

26、本發(fā)明提供的復(fù)合材料的制備方法，該方法利用加熱回流法，較于常用的水熱反應(yīng)釜法更加簡(jiǎn)單，且氧化石墨烯負(fù)載金屬有機(jī)化合物的復(fù)合材料可用于室溫下co2的高效吸附，提高了單一mofs對(duì)co2吸附容量低的問題，同時(shí)解決了mofs材料水穩(wěn)定性較低的問題。

27、本發(fā)明不局限于氧化石墨烯和uio-66-oh的復(fù)合，同樣適用于與其他mofs的結(jié)合，例如cu-btc,mofs-mg(74)等，復(fù)合材料對(duì)co2的吸附性能也能得到明顯提高。

28、本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料是以多孔碳材料為載體，金屬有機(jī)化合物為前驅(qū)體組成；所述多孔碳材料的氧基團(tuán)與所述金屬有機(jī)化合物的金屬中心通過配位鍵連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述多孔碳材料選自厚度為0.3～1.0nm、片層直徑為0.5～10μm的氧化石墨烯材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述金屬有機(jī)化合物選自u(píng)io-66-oh，cu-btc，uio-66，uio-66-no2，uio-66-nh2，uio-66-ch3中的一種。

4.一種制備如權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料的方法，其特征在于，包括以下制備步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，s1中，所述體系a的溫度降低至0～5℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述s1中，溫度升高至20～30℃，反應(yīng)10～14h得到體系b。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述s1中，加入雙氧水繼續(xù)反應(yīng)0.5～1h。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，s2中，所述氧化石墨烯添加的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.074％～0.26％。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，s2中，所述超聲處理時(shí)間為6～8h。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，s3中，所述酸性溶劑選自乙酸，甲酸或草酸中的一種。

11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，s3中，所述金屬鹽為氯氧化鋯或三水硝酸銅。

12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，s3中，所述有機(jī)配體選自2，5-二羥基對(duì)苯二甲酸，對(duì)苯二甲酸，2-硝基對(duì)苯二甲酸，2-甲基對(duì)苯二甲酸，2-羥基對(duì)苯二甲酸，均苯三甲酸或2-氨基對(duì)苯二甲酸中的一種。

13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，s4中，所述體系c置于100～120℃油浴鍋中反應(yīng)18～24h。

14.一種如權(quán)利要求1～13任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征在于，所述復(fù)合材料作為吸附劑應(yīng)用于吸附領(lǐng)域中。

15.co2的捕集方法，其特征在于，所述方法使用如權(quán)利要求1～13任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。該復(fù)合材料是以多孔碳材料為載體，金屬有機(jī)化合物為前驅(qū)體組成；其中，多孔碳材料的氧基團(tuán)與金屬有機(jī)化合物的金屬中心通過配位鍵連接。本發(fā)明采用加熱回流法制備該復(fù)合材料，以氧化石墨烯為功能化載體，制備出高水穩(wěn)定性的氧化石墨烯負(fù)載MOFs的復(fù)合材料，在添加極少量的GO后，復(fù)合材料顯示與MOFs相比具有較小的聚集顆粒，歸因于氧化石墨烯片層中的氧基團(tuán)與MOFs中金屬中心之間的配位，從而阻止了MOFs微晶的聚集并增加其分散性，能夠提供更多的吸附活性位點(diǎn)從而增加吸附性能，可用作CO<subgt;2</subgt;的高效捕集。

技術(shù)研發(fā)人員：朱建濤,劉超偉,溫翯,韓偉,劉肖飛,車春霞,尹玲玲,王寶杰,茍尕蓮,向永生
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)石油天然氣股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2