本發(fā)明涉及金屬有機骨架材料研究領域，尤其是涉及一種缺陷型鋁基金屬有機骨架材料的制備方法及其應用。

背景技術：

1、個人健康和生活質(zhì)量在很大程度上取決于日常生活中的清潔水源。世界上一半以上的人口生活在缺水條件下，淡水供應不足以滿足需求。為了緩解這一問題，過去幾十年的研究一直集中在通過雨水收集、霧氣捕獲、露水收集和蒸汽冷凝等方法收集淡水，以及通過無害化處理受污染的水?？紤]到大氣中蒸汽的廣泛存在，正在對多孔吸濕吸附劑進行研究，以從空氣中收集水。吸附輔助大氣集水(sawh)材料，如吸濕聚合物、吸濕鹽和金屬有機框架(mofs)等。目前，基于sawh的水收集技術已經(jīng)得到開發(fā)，但在低相對濕度下全天水吸附劑的實際應用性能并不令人滿意。如何在低相對濕度下實現(xiàn)高吸水能力仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

2、mofs材料具有高的比表面積和大的孔隙率，孔徑的大小形狀和孔道對水的親疏水性能夠進行一定程度上的調(diào)節(jié)。它獨特的良好可設計性，使得能通過人為設計實現(xiàn)其水吸附性能的最大程度優(yōu)化，因此mofs在空氣集水領域，特別是在極低濕度地區(qū)進行空氣集水，具有廣闊的應用前景。

3、近年來，在mofs中引入缺陷受到了廣泛關注，比如金屬中心的空位、有機配體的缺失,或是摻雜了缺陷或功能化的配體等都能夠引起mofs產(chǎn)生晶體缺陷，即骨架原本周期性結(jié)構(gòu)被破壞的區(qū)域。在一些特定情況下，缺陷反而可以通過改變mofs的外表面性質(zhì)、內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)或產(chǎn)生新的活性金屬位點等途徑增強其吸水性能，但是，這些策略會改變晶體的結(jié)構(gòu)，同時降低晶體的穩(wěn)定性。

4、另一方面，mofs材料的缺陷調(diào)控也可以通過熱處理的方式進行，即通過調(diào)節(jié)反應溫度和反應時間，將缺陷引入mofs材料中提高其極低濕度下的吸水性能，同時其具有較好的熱穩(wěn)定性?，F(xiàn)有的熱處理方式需要溫度在200度以上，溫度高，需要特定條件才能達到；或者在80度左右加入酸或其他成分的溶劑制造缺陷，其中使用的酸或者其他溶劑往往具有毒性，容易對環(huán)境造成污染，不符合環(huán)保理念。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了克服存在晶體缺陷的mofs的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差的問題，以及現(xiàn)有熱處理制備缺陷型mofs材料中存在的不足，提供了一種缺陷型鋁基金屬有機骨架材料的制備方法及其應用。

2、一種缺陷型鋁基金屬有機骨架材料的制備方法如下：

3、(1)將含鋁鹽的第一溶液和含3,5-吡唑二甲酸的第二溶液，在常溫常壓下進行混合，然后加入氫氧化鈉固體，攪拌至完全溶解，得到混合溶液；

4、第一溶液的濃度范圍為0.005g/ml～0.015g/ml，第二溶液的濃度范圍為0.004g/ml～0.010g/ml，氫氧化鈉固體的添加量和鋁鹽質(zhì)量之比為0.3:1～1.1。

5、所述的溶劑為水；所述的鋁鹽選自六水合氯化鋁，無水硫酸鋁，無水硝酸鋁及十二水合硫酸鋁鉀中的一種或者幾種，優(yōu)選的鋁鹽為六水合氯化鋁。

6、(2)將上述混合溶液在一定溫度下反應一定時間，反應完成后將產(chǎn)物自然冷卻至室溫得到沉淀物。

7、所述的反應溫度為60-120℃；所述的反應時間為12-48h。其中優(yōu)選是反應溫度為100℃和反應時間為12小時；反應溫度為120℃和反應時間為24小時；反應溫度為60℃和反應時間為48小時。

8、(3)將所得沉淀物離心干燥，稱重，得到缺陷型鋁基金屬有機骨架材料。

9、上述方法制備的缺陷型鋁基金屬有機骨架材料的產(chǎn)率在50％以上。

10、制備的缺陷型鋁基金屬有機骨架材料晶體的結(jié)構(gòu)粗糙，表面存在大量缺陷。

11、將上述缺陷型鋁基金屬有機骨架材料應用于極低濕度環(huán)境下集水的具體過程為：

12、將缺陷型鋁基金屬有機骨架材料放入環(huán)境濕度為10-15％的環(huán)境中，該材料從空氣中吸收水分直至平衡。

13、本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果在于：

14、1.本發(fā)明提供的缺陷型鋁基金屬有機骨架材料的制備方法，制備工藝簡單，反應條件溫和，成本低廉，產(chǎn)率高。

15、2.本發(fā)明制備的缺陷型鋁基金屬有機骨架材料尺寸均一，穩(wěn)定性好，在極低濕度下有更好的吸水效果，可以作為極端干旱地區(qū)理想的吸附材料。

16、3.本發(fā)明制備的缺陷型鋁基金屬有機骨架材料可以降低所使用的能源成本。

17、4.本發(fā)明制備的缺陷型鋁基金屬有機骨架材料具有廣闊的潛在應用價值，可以用作干旱地區(qū)取水。

技術特征：

1.一種缺陷型鋁基金屬有機骨架材料的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種缺陷型鋁基金屬有機骨架材料的制備方法，其特征在于，所述的鋁鹽選自六水合氯化鋁，無水硫酸鋁，無水硝酸鋁及十二水合硫酸鋁鉀中的一種或者幾種；溶劑為水。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種缺陷型鋁基金屬有機骨架材料的制備方法，其特征在于，優(yōu)選的，反應溫度為100℃，反應時間為12小時。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種缺陷型鋁基金屬有機骨架材料的制備方法，其特征在于，優(yōu)選的，反應溫度為120℃，反應時間為24小時。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種缺陷型鋁基金屬有機骨架材料的制備方法，其特征在于，優(yōu)選的，反應溫度為60℃，反應時間為48小時。

6.根據(jù)權利要求1～5任一項所述的一種缺陷型鋁基金屬有機骨架材料的制備方法，其特征在于，制備的缺陷型鋁基金屬有機骨架材料的產(chǎn)率在50％以上。

7.一種缺陷型鋁基金屬有機骨架材料，其特征在于，晶體的結(jié)構(gòu)粗糙，表明存在大量缺陷。

8.一種缺陷型鋁基金屬有機骨架材料的應用方法，其特征在于，應用于極低濕度環(huán)境下集水。

9.一種缺陷型鋁基金屬有機骨架材料的應用方法，其特征在于，將缺陷型鋁基金屬有機骨架材料放入常溫條件下濕度為10-15％的環(huán)境中，在180min中內(nèi)該材料從空氣中吸收水分直至平衡，吸水量不小于0.089g/g。

技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種缺陷型鋁基金屬有機骨架材料的制備方法及其應用，涉及金屬有機骨架材料研究領域。將含鋁鹽的第一溶液和含3,5?吡唑二甲酸的第二溶液混合，然后加入氫氧化鈉固體，攪拌至完全溶解，得到混合溶液；然后將混合溶液在一定溫度下反應一定時間，反應完成后將產(chǎn)物自然冷卻至室溫得到沉淀物。最后將所得沉淀物離心干燥，得到缺陷型鋁基金屬有機骨架材料。上述方法制備的缺陷型鋁基金屬有機骨架材料的產(chǎn)率在50％以上。缺陷型鋁基金屬有機骨架材料晶體的結(jié)構(gòu)粗糙，表面存在大量缺陷，提高了吸水性能，使該材料能夠應用于極低濕度環(huán)境下集水。

技術研發(fā)人員：鄭詠梅,羅強,余沐佚
受保護的技術使用者：北京航空航天大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/23