本技術(shù)具體涉及一種溶劑法制備金屬有機(jī)框架材料的裝置。

背景技術(shù)：

1、金屬有機(jī)框架材料(mofs)，也稱為多孔配位聚合物，可作為吸附材料，是由有機(jī)配體和金屬離子或金屬簇(也稱為二級(jí)建筑單元，sbu)自組裝構(gòu)成的晶體多孔材料，具有高的孔隙率及大的比表面積，結(jié)構(gòu)多樣化，在諸多領(lǐng)域具有廣泛的潛在用途，包括氣體存儲(chǔ)、氣體吸附分離等。目前，在有機(jī)溶劑中通過(guò)常規(guī)加熱或微波照射高溫下直接合成mofs是研究最多的方法。然而，該方法需要耗費(fèi)大量有機(jī)溶劑，耗能耗時(shí)，產(chǎn)量低。所以，開(kāi)發(fā)綠色高效的可控批量制備的方法至關(guān)重要。

2、超臨界流體(scf)兼具液體和氣體的優(yōu)點(diǎn)，其密度和溶解能力接近液體，黏度和擴(kuò)散性質(zhì)接近氣體。其中超臨界二氧化碳(scco2)由于其溫和的臨界條件性質(zhì)穩(wěn)定、安全性好、原料易于獲得、成本低、易于回收利用、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)引起廣泛關(guān)注，其潛在的溶解性使其為合成多孔材料的有吸引力的介質(zhì)。第一，scco2的使用是mofs合成的一種省時(shí)和省材的方法，scco2獨(dú)特的性質(zhì)可以顯著縮短反應(yīng)時(shí)間。第二，在超臨界條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，可以對(duì)結(jié)晶過(guò)程進(jìn)行高度控制，以調(diào)整材料的性能。第三，與傳統(tǒng)有機(jī)溶劑相比，co2可以通過(guò)泄壓輕松去除。目前，有部分關(guān)于scco2合成mofs材料的研究，其中包括連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器合成，消耗溶劑量較大，反應(yīng)過(guò)程是通過(guò)溶劑傳熱進(jìn)行合成的，受溶劑傳質(zhì)影響反應(yīng)保溫時(shí)間較短，產(chǎn)物結(jié)晶較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠批量制備金屬有機(jī)框架材料的裝置，并且能夠避免反應(yīng)耗費(fèi)大量有機(jī)溶劑，耗能耗時(shí)成本高的問(wèn)題。

2、為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

3、一種溶劑法制備金屬有機(jī)框架材料的裝置，包括帶有攪拌器的反應(yīng)釜，所述反應(yīng)釜上具有供包含金屬鹽、有機(jī)配體、溶劑和二氧化碳的反應(yīng)物料通入所述反應(yīng)釜的進(jìn)料口，控制反應(yīng)條件使二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界狀態(tài)，并使所述反應(yīng)物料在所述反應(yīng)釜內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，得到包含金屬有機(jī)框架材料和溶劑的反應(yīng)液；

4、所述反應(yīng)釜上還具有出氣口和出料口；

5、所述裝置還包括第一分離器、過(guò)濾器、第二分離器、用于回收溶劑的溶劑回收罐及用于回收二氧化碳?xì)怏w的二氧化碳回收罐；

6、所述第一分離器分別通過(guò)管道與所述出料口和溶劑回收罐相連，所述第一分離器用于分離金屬有機(jī)框架材料和溶劑，分離得到的溶劑進(jìn)入所述溶劑回收罐；

7、所述過(guò)濾器分別通過(guò)管道與所述出氣口和第二分離器相連，所述第二分離器用于分離溶劑和二氧化碳?xì)怏w，所述第二分離器還通過(guò)管道與二氧化碳回收罐相連。

8、所述過(guò)濾器用于過(guò)濾二氧化碳?xì)怏w中的金屬有機(jī)框架材料，所述第二分離器用于攔截或吸附二氧化碳?xì)怏w中的溶劑，分離后的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入所述二氧化碳回收罐。

9、在一些具體實(shí)施方式中，所述反應(yīng)條件為：溫度為60～200℃，壓力為12～30mpa。

10、在一些具體實(shí)施方式中，所述第二分離器為填料式分離器，所述填料為分子篩或活性炭。采用的分子篩如4a沸石。所述二氧化碳?xì)怏w經(jīng)所述第二分離器吸附氣體中的溶劑，分離出二氧化碳?xì)怏w。

11、在一些實(shí)施方式中，所述裝置還包括用于儲(chǔ)存二氧化碳?xì)怏w的第一儲(chǔ)存罐、用于儲(chǔ)存金屬鹽溶液的第二儲(chǔ)存罐和用于儲(chǔ)存有機(jī)配體溶液的第三儲(chǔ)存罐，所述金屬鹽溶液包含金屬鹽和溶劑，所述有機(jī)配體溶液包含有機(jī)配體和溶劑，所述第一儲(chǔ)存罐、第二儲(chǔ)存罐、第三儲(chǔ)存罐分別通過(guò)管道與所述進(jìn)料口相連。

12、在一些具體實(shí)施方式中，所述有機(jī)配體為包含羧酸類、咪唑類衍生物的有機(jī)化合物(對(duì)苯二甲酸、2，5-二羥基對(duì)苯二甲酸、1，3，5-苯三甲酸等，2-甲基咪唑、三-(4-咪唑基苯基)胺等等)一種或幾種，所述金屬鹽為包含銅離子、鋅離子、鎂離子、鈷離子、鎳離子、鋯離子、鉻離子等陽(yáng)離子的一種或幾種鹽，所述溶劑為甲醇、乙醇、去離子水中的一種或幾種的組合。

13、在一些具體實(shí)施方式中，所述第一儲(chǔ)存罐通過(guò)第一管道與所述進(jìn)料口相連，所述第一管道上設(shè)置第一輸送泵。

14、在一些具體實(shí)施方式中，所述第一輸送泵為氣動(dòng)增壓泵或電動(dòng)增壓泵。

15、在一些具體實(shí)施方式中，所述第二儲(chǔ)存罐通過(guò)第二管道與所述進(jìn)料口相連，所述第三儲(chǔ)存罐通過(guò)第三管道與所述進(jìn)料口相連，所述第二管道、第三管道上分別設(shè)置第二輸送泵；

16、或者，所述進(jìn)料口上還連接用于輸送液體的液體總管道，所述第二儲(chǔ)存罐通過(guò)第二管道與所述液體總管道相連，所述第三儲(chǔ)存罐通過(guò)第三管道與所述液體總管道相連，所述液體總管道上設(shè)置第二輸送泵。

17、在一些具體實(shí)施方式中，所述第二輸送泵為高壓恒流泵。

18、在一些具體實(shí)施方式中，所述裝置還包括用于檢測(cè)所述反應(yīng)釜內(nèi)溫度的溫度傳感器、用于檢測(cè)所述反應(yīng)釜內(nèi)壓力的壓力傳感器。

19、在一些具體實(shí)施方式中，所述第一分離器為離心機(jī)。

20、在一些具體實(shí)施方式中，所述裝置還包括用于儲(chǔ)存離子液體的第四儲(chǔ)存罐，所述第四儲(chǔ)存罐通過(guò)第四管道與所述進(jìn)料口相連，所述第一分離器為加熱分離的設(shè)備，其自帶加熱和冷凝的功能。該加熱分離的設(shè)備市售可得，含有離子液體和溶劑的反應(yīng)液在所述第一分離器中進(jìn)行加熱，利用溶劑和離子液體之間的沸點(diǎn)差異，在所述第一分離器中反應(yīng)液經(jīng)加熱后，溶劑變?yōu)闅鈶B(tài)，再經(jīng)冷凝為液態(tài)，實(shí)現(xiàn)溶劑與離子液體和金屬有機(jī)框架材料的分離，分離得到的溶劑回收循環(huán)利用，分離得到的離子液體和金屬有機(jī)框架材料的復(fù)合物可直接使用，用于作為吸附材料。

21、所述第四管道上設(shè)置第三輸送泵，所述第三輸送泵為高壓恒流泵。

22、所述離子液體為咪唑類離子液體、吡啶類離子液體、季銨鹽類離子液體、季鏻鹽類離子液體一種或幾種組合等。

23、除了scco2，離子液體(il)也是一類新型綠色介質(zhì)，因其極低的蒸汽壓，不易燃易爆和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可調(diào)等特點(diǎn)，近年來(lái)在氣體分離等領(lǐng)域得到充分的發(fā)展與應(yīng)用。然而，il本身的流動(dòng)性和其高粘度的物性阻礙了其進(jìn)一步的發(fā)展。

24、在本實(shí)用新型的一些實(shí)施方式中，將il與mofs材料結(jié)合，利用il對(duì)mofs材料孔結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行調(diào)控，即將il引入到mofs材料的孔道或分散在mofs材料表面；或利用mofs材料的大比表面積對(duì)il進(jìn)行充分分散，可極大的增加il與氣體的接觸面積，提高傳質(zhì)速率。同時(shí)，在scco2的作用下可以提高il本身的流動(dòng)性。

25、在一些具體實(shí)施方式中，所述反應(yīng)釜為不銹鋼高壓反應(yīng)釜。

26、利用本實(shí)用新型裝置制備的金屬有機(jī)框架材料應(yīng)用于co2的捕集，以期獲得更高效的co2吸附劑。

27、由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：

28、本實(shí)用新型的裝置采用溶劑法制備金屬有機(jī)框架材料，同時(shí)在制備過(guò)程中結(jié)合使用超臨界二氧化碳，利用超臨界二氧化碳的高流動(dòng)性傳質(zhì)和對(duì)原料的良好溶解性，顯著縮短反應(yīng)時(shí)間及對(duì)結(jié)晶過(guò)程進(jìn)行高度控制，無(wú)需多孔載體支撐，能夠批量生產(chǎn)金屬有機(jī)框架材料，同時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，即可以通過(guò)泄壓輕松去除二氧化碳并回收二氧化碳?xì)怏w，又可以通過(guò)分離金屬有機(jī)框架材料和溶劑以回收溶劑，回收的二氧化碳?xì)怏w和溶劑可以循環(huán)利用，避免溶劑的大量耗費(fèi)，大大降低生產(chǎn)成本。

29、本實(shí)用新型的裝置可以實(shí)現(xiàn)大批量制備、減少溶劑使用的同時(shí)提高產(chǎn)物的結(jié)晶度。