本發明屬于氣體吸附分離，特別是涉及用于煤礦井下co2捕集的新型復合材料制備方法及其應用，具體涉及基于生物模板的二氧化碳mofs吸附材料制備方法及其應用工藝。

背景技術：

1、隨著材料科學的快速發展，金屬有機框架(mofs)材料因其獨特的結構和性能，在氣體存儲、分離、催化、傳感等領域展現出巨大的應用潛力。然而，傳統的mofs材料制備方法往往涉及復雜的合成步驟和昂貴的原料，限制了其大規模應用。因此，開發簡單、經濟、環保的mofs制備方法具有重要意義。

2、近年來，基于生物模板的mofs材料制備方法逐漸受到關注。這種方法利用生物質材料作為天然模板，通過簡單的化學處理，將金屬離子與有機配體結合在生物質材料的孔道或表面，再經過高溫高壓反應，得到具有特定結構和性能的mofs材料。這種方法不僅簡化了合成步驟，降低了成本，而且可以利用生物質材料的可再生性，實現綠色、可持續生產。

3、然而，現有的基于生物模板的mofs材料制備方法仍存在一些問題，如生物質材料的選擇性、金屬離子與有機配體的結合效率、產物的純度和結晶度等。因此，有必要對這種方法進行進一步的研究和改進，以提高mofs材料的制備效率和性能。

4、本發明旨在提供基于生物模板的mofs材料制備方法，通過優化生物質材料的選擇、預處理條件、金屬離子與有機配體的反應條件等，實現高效、環保的mofs材料制備。同時，本發明還涉及所制備的mofs材料在煤礦井下中二氧化碳氣體的捕集與分離。

技術實現思路

1、(一)解決的技術問題

2、本發明要解決的技術問題是，針對目前技術中存在的不足，提供基于生物模板的mofs材料制備方法，以解決現有mofs材料制備成本較高、吸附性能不佳、環境不友好及合成工藝復雜等技術問題。本發明的mofs材料具有綠色環保、成本低廉、合成工藝簡單、吸附性能良好等特點。

3、(二)技術方案

4、為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

5、基于生物模板的二氧化碳mofs吸附材料制備方法及其應用工藝，包括以下步驟：

6、a.選擇生物質材料作為生物模板，將生物模板在65～75℃下干燥24～48h，用植物破碎機粉碎，稱取6～10g生物模板進行化學預處理；

7、b.將預處理后的生物模板放在含有金屬離子的溶液中，在60～70℃下恒溫水浴震蕩器中震蕩15～24h，將混合溶液置于聚四氟乙烯內襯(75ml)的不銹鋼高壓反應釜內，將高壓反應釜置于高溫烘箱中一定條件下充分反應，取出混合溶液待溫度降至室溫，制得生物基金屬離子浸漬溶液；

8、c.在所述生物基金屬離子浸漬溶液中加入有機配體溶液，然后將混合物溶液置入聚四氟乙烯內襯(75ml)的不銹鋼高壓反應釜內，將高壓反應釜置于高溫烘箱中目標條件下充分反應，制得反應溶液；

9、d.在步驟c制得的反應溶液中過濾去除生物模板，制得固體產物，將產物進行洗滌、干燥和活化處理，制得白色固體mofs材料。

10、步驟a中的生物質材料為殼聚糖、木質素、納米纖維素中的一種，其具有豐富的孔道結構和良好生物相容性。

11、上述步驟a中的化學預處理具體步驟如下，主要目的是去除雜質、增加官能團等，以提高其與金屬離子的結合能力。

12、(1)將稱取的生物質模板置于100ml圓底燒瓶中，按照料液比為1:15(m:v)加入新配制的30％koh溶液；

13、(2)將該體系放在80℃的水浴冷凝裝置中旋轉反應1.5～2.0h，反應結束對其進行過濾，用無水乙醇反復洗滌3～4次，在65～75℃干燥箱中干燥12～24h；

14、(3)用1mol/l?hno3溶液按照同樣料液比和溫度條件下反應40～60min后過濾，用去離子水洗至ph呈中性，置于65～75℃干燥箱中干燥，制得化學預處理過的生物質模板。

15、上述步驟a預處理后的生物模板浸泡在含有金屬離子的溶液中，使金屬離子充分吸附在生物模板的孔道和表面。

16、上述步驟b中金屬離子溶液為含有al3+、fe3+、cr3+、zn3+、鑭系或錒系金屬離子，如銪(eu3+)、鐿(yb3+)、鈰(ce4+)中的金屬鹽溶；一定條件為壓力10～20mpa，溫度100～150℃，反應時間24～48h。

17、上述步驟c中有機配體溶液為2，5-二羥基對苯二甲酸、2-甲基咪唑或3，3′，4，4′-聯苯四甲酸中的一種或兩種；目標條件為壓力10～20mpa，溫度200～300℃，反應時間48～72h。

18、上述步驟d中洗滌是指用無水乙醇洗滌3～4次；干燥是指將產物放在恒溫干燥箱中65～80℃條件下干燥12～24h。

19、上述步驟d中活化處理具體步驟如下：

20、(1)將制得的mofs材料研磨成粉末，通過篩網篩選出所需粒度的樣品；

21、(2)在溶劑中浸泡15～30h，再在65～80℃水域震蕩48～72h，取出待冷卻至室溫；

22、(3)將mofs材料從溶劑中取出，并在惰性氣氛下干燥，即得活化后的mofs材料。

23、上述步驟d活化處理步驟(2)中的溶劑為甲醇；惰性氣氛是指氮氣。

24、上述方法制得的基于生物模板的mofs材料用于煤礦井下中二氧化碳氣體的捕集與分離。

25、(三)有益效果

26、本發明提供了基于生物模板的mofs材料制備方法。具備以下有益效果：

27、(1)本發明利用生物質材料作為天然模板，通過簡單的化學處理，實現了mofs材料的高效制備。這種方法不僅簡化了合成步驟，降低了成本，而且利用了生物質材料的可再生性，符合綠色、可持續的生產理念。

28、(2)本發明通過優化生物質材料的選擇、預處理條件、金屬離子與有機配體的反應條件等，提高了mofs材料的制備效率和性能。所制備的mofs材料具有豐富的孔道結構、高比表面積、良好的化學穩定性和生物相容性，為煤礦井下co2應用提供了良好的材料基礎。

29、(3)本發明利用的生物模板來源廣泛，成本低廉，有利于大規模生產，且實現廢物利用。

技術特征：

1.基于生物模板的二氧化碳mofs吸附材料制備方法及其應用工藝，其特征在于，所述制備方法主要包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的基于生物模板的mofs材料制備方法，其特征在于，步驟a中所述的生物質材料為殼聚糖、木質素、納米纖維素中的一種。

3.根據權利要求1所述的基于生物模板的mofs材料制備方法，其特征在于，步驟a中所述的化學預處理具體步驟如下：

4.根據權利要求1所述的基于生物模板的mofs材料制備方法，其特征在于，步驟b中所述金屬離子溶液為含有al3+、fe3+、cr3+、zn3+、鑭系或錒系金屬離子，如銪(eu3+)、鐿(yb3+)、鈰(ce4+)中的金屬鹽溶液；所述一定條件為壓力10～20mpa，溫度100～150℃，反應時間24～48h。

5.根據權利要求1所述的基于生物模板的mofs材料制備方法，其特征在于，步驟c中所述有機配體溶液為2，5-二羥基對苯二甲酸、2-甲基咪唑或3，3′，4，4′-聯苯四甲酸中的任意一種或兩種；所述目標條件為壓力10～20mpa，溫度200～300℃，反應時間48～72h。

6.根據權利要求1所述的基于生物模板的mofs材料制備方法，其特征在于，步驟d中所述洗滌是指用無水乙醇洗滌3～4次；所述干燥是指將產物放在恒溫干燥箱中65～80℃條件下干燥12～24h。

7.根據權利要求1所述的基于生物模板的mofs材料制備方法，其特征在于，步驟d中所述活化處理具體步驟如下：

8.根據權利要求7所述的基于生物模板的mofs材料制備方法，其特征在于，所述的溶劑為甲醇；所述惰性氣氛為氮氣。

9.權利要求1所述的基于生物模板的mofs材料的應用，其特征在于，所述基于生物模板的mofs材料用于煤礦井下中二氧化碳氣體的捕集與分離。

技術總結
本發明涉及基于生物模板的二氧化碳MOFs吸附材料制備方法及其應用工藝，涉及氣體吸附分離技術領域。該基于生物模板的MOFs材料制備方法主要步驟為：將生物質材料干燥、粉碎并化學預處理，與金屬離子溶液反應，再加入有機配體溶液，經兩次高壓反應釜反應后，過濾、洗滌、干燥和活化處理，最終制得白色MOFs固體材料。本發明中的基于生物模板的MOFs材料具有良好的水穩定性和結構穩定性，在煤礦井下中的CO<subgt;2</subgt;氣體捕集上表現出了較好的吸附/脫附性能與CO<subgt;2</subgt;循環性能；且該基于生物模板的MOFs材料制備方法工藝簡單，易操作，對設備要求低，合成過程綠色環保，成本低廉。

技術研發人員：王和堂,李曉娟,楊盼盼,章琦
受保護的技術使用者：中國礦業大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28