CN105753890A - 采用静电喷雾法合成金属有机框架材料的方法 - Google Patents
采用静电喷雾法合成金属有机框架材料的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105753890A CN105753890A CN201610082272.XA CN201610082272A CN105753890A CN 105753890 A CN105753890 A CN 105753890A CN 201610082272 A CN201610082272 A CN 201610082272A CN 105753890 A CN105753890 A CN 105753890A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solution
- metal salt
- salt solution
- synthesis
- electrostatic atomizer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000012621 metal-organic framework Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 238000007590 electrostatic spraying Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 88
- 239000003446 ligand Substances 0.000 claims abstract description 65
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims abstract description 56
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 53
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 41
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 40
- 239000012917 MOF crystal Substances 0.000 claims abstract description 10
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 78
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 60
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 32
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 claims description 27
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 12
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N Terephthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 10
- 239000013132 MOF-5 Substances 0.000 claims description 8
- ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N zinc nitrate Chemical compound [Zn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 claims description 6
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 claims description 6
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 claims description 6
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N acetic acid;zinc Chemical compound [Zn].CC(O)=O.CC(O)=O ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004246 zinc acetate Substances 0.000 claims description 4
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229910000897 Babbitt (metal) Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims description 2
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 abstract 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 7
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F3/00—Compounds containing elements of Groups 2 or 12 of the Periodic Table
- C07F3/003—Compounds containing elements of Groups 2 or 12 of the Periodic Table without C-Metal linkages
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
- B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
- B05B5/03—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by the use of gas, e.g. electrostatically assisted pneumatic spraying
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
- B05B5/16—Arrangements for supplying liquids or other fluent material
- B05B5/1608—Arrangements for supplying liquids or other fluent material the liquid or other fluent material being electrically conductive
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F1/00—Compounds containing elements of Groups 1 or 11 of the Periodic Table
- C07F1/005—Compounds containing elements of Groups 1 or 11 of the Periodic Table without C-Metal linkages
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
本发明提供一种采用静电喷雾法合成金属有机框架材料的方法。该方法采用双静电喷雾装置即第一静电喷雾装置和第二静电喷雾装置来合成MOF材料,包括:用于合成MOF材料的金属盐溶液通过第一静电喷雾装置喷射出带电的金属盐溶液雾滴,用于合成MOF材料的配体溶液通过第二静电喷雾装置喷射出带电的配体溶液雾滴,同时使喷射出的金属盐溶液雾滴和喷射出的配体溶液雾滴汇合在一起进行反应,形成MOF晶体。本发明的采用静电喷雾法合成MOF材料的方法,可以根据合成的情况随时停止合成反应,既可进行大批量合成,也可以微量合成;该方法具有绿色环保、高效率、低成本、高产率、微型化、分散性好、操作简单等优点。
Description
技术领域
本发明属于材料领域,具体而言,涉及一种采用静电喷雾法合成金属有机框架材料的方法,该方法具有绿色环保、高效率、低成本、高产率、微型化、分散性好、操作简单等优点。
背景技术
近年来,金属有机框架(metal-organicframework,简称MOF)材料一直是人们关注的焦点,它具有高孔隙率、大比表面积、孔径可调、可功能化后修饰等性能,同时孔道中可以负载多种官能团,使得MOF材料比其他多孔材料具有更广泛的应用前景,主要表现在以下几个方面:拓扑结构和穿插网格,不断丰富着拓扑知识,同时也使本就复杂的结构变得更加富有魅力;②独特的光、电、磁性质;③潜在的应用价值:吸附、催化、气体储存、光学传感、消除有毒气体、分离、CO2捕捉、荧光等。
对于MOF材料,目前常用的合成方法主要包括挥发法、扩散法、水热法、溶剂热法、微波辅助和研磨辅助等,在科学研究领域它们或许发挥着巨大的作用,然而它的生产周期及生产设备却制约着工业生产的发展。同时,这些方法又造成资源的浪费、温室效应的加重等等。而今,在保护环境的基础上降低生产周期、使用简单高效的生产设备,高效、高产生成产品才更满足工业生产的要求。
发明内容
鉴于上述问题,本发明的目的在于提供一种新的合成金属有机框架材料的方法,即采用静电喷雾法合成金属有机框架材料的方法,该方法具有绿色环保、高效率、低成本、高产率、微型化、分散性好、操作简单等优点。
本发明的另一目的在于提供一种用于金属有机框架材料合成的双静电喷雾装置。
根据本发明的一个方面,本发明提供的采用静电喷雾法合成金属有机框架材料的方法,采用双静电喷雾装置即第一静电喷雾装置和第二静电喷雾装置来合成MOF材料,该方法包括:用于合成MOF材料的金属盐溶液通过第一静电喷雾装置喷射出带电的金属盐溶液雾滴,用于合成MOF材料的配体溶液通过第二静电喷雾装置喷射出带电的配体溶液雾滴,同时使喷射出的金属盐溶液雾滴和喷射出的配体溶液雾滴汇合在一起进行反应,形成MOF晶体。
根据本发明的另一个方面,本发明提供的上述用于金属有机框架材料合成的双静电喷雾装置,包括第一静电喷雾装置和第二静电喷雾装置,其中:
所述第一静电喷雾装置用于将合成MOF材料的金属盐溶液喷射出带电的金属盐溶液雾滴,其包括第一液体输送装置和第一静电雾化装置;
所述第二静电喷雾装置用于将合成MOF材料的配体溶液喷射出带电的配体溶液雾滴,其包括第二液体输送装置和第二静电雾化装置;
所述第一静电喷雾装置和所述第二静电喷雾装置设置成相交,使得喷射出的带电的金属盐溶液雾滴和喷射出的带电的配体溶液雾滴能够汇合。
有益效果
本发明采用第一静电喷雾装置和第二静电喷雾装置即双静电喷雾装置来合成MOF材料,第一静电喷雾装置和第二静电喷雾装置均包括三通道,三通道最里层为液体输送管,输送金属盐溶液或者配体溶液,中层为气体输送管,输送高压气体,最外层为导电装置,送液与气体、送液与导电均通过一个三通连接件形成密封体系,形成一个良好的密闭整体,然后可以用具有弹性的绝缘材料PEEK管包围;通电后,金属盐溶液和配体溶液被电离成带电液体,在高压气体的输送下溅射而出,正负离子结合形成MOF材料,有序地散落于载物台上。
采用静电喷雾法合成MOF材料,正负离子目标明确,“定向”结合,迅速得到结晶产物,且产物纯度较高,能够方便迅速地控制产物的生产过程,同时提高了资源的有效利用,减少了溶剂的浪费,缓解了对环境的污染。
与此同时,双静电喷雾装置省略了传统静电喷雾装置中雾化装置所附带的一系列装置,仅通过气体输送管输送高压气体实现运送带电离子的目的,简单方便,切实可行。
另外,本发明的采用静电喷雾法合成MOF材料的方法,可以根据合成的情况随时停止合成反应,既可进行大批量合成,也可以微量合成。该方法具有绿色环保、高效率、低成本、高产率、微型化、分散性好、操作简单等优点。
附图说明
由下面结合附图的详细描述可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,其中:
图1是本发明的双静电喷雾装置的结构示意图;
图2是本发明的双静电喷雾装置的构成框图;
图3是根据本发明的实施例1制备的MOF-5的X射线粉末衍射图谱;和
图4是根据本发明的实施例2制备的Cu-BDC的X射线粉末衍射图谱。
具体实施方式
下面,更详细地描述本发明。
根据本发明,本发明提供的采用静电喷雾法合成金属有机框架材料的方法,采用双静电喷雾装置即第一静电喷雾装置和第二静电喷雾装置来合成MOF材料,该方法包括:用于合成MOF材料的金属盐溶液通过第一静电喷雾装置喷射出带电的金属盐溶液雾滴,用于合成MOF材料的配体溶液通过第二静电喷雾装置喷射出带电的配体溶液雾滴,同时使喷射出的金属盐溶液雾滴和喷射出的配体溶液雾滴汇合在一起进行反应,形成MOF晶体。
下面,更具体地说明所述双静电喷雾装置。
所述双静电喷雾装置,包括第一静电喷雾装置和第二静电喷雾装置,其中:
所述第一静电喷雾装置用于将合成MOF材料的金属盐溶液喷射出带电的金属盐溶液雾滴,其包括第一液体输送装置和第一静电雾化装置;
所述第二静电喷雾装置用于将合成MOF材料的配体溶液喷射出带电的配体溶液雾滴,其包括第二液体输送装置和第二静电雾化装置;
所述第一静电喷雾装置和所述第二静电喷雾装置设置成相交,使得喷射出的带电的金属盐溶液雾滴和喷射出的带电的配体溶液雾滴能够汇合。
图1是本发明的双静电喷雾装置的结构示意图,图2是本发明的双静电喷雾装置的构成框图。如图1和图2所示,双静电喷雾装置1000包括第一静电喷雾装置100和第二静电喷雾装置200。
其中,第一静电喷雾装置100包括第一液体输送装置110和第一静电雾化装置120。
所述第一液体输送装置110用于将合成MOF材料的金属盐溶液输送到第一静电雾化装置120,第一液体输送装置110包括第一液体输送管111,该第一液体输送管111穿过第一静电雾化装置120,例如,其可以为毛细管,尤其是石英毛细管。另外,第一液体输送装置110还可以包括液体泵等辅助液体传输的装置。
第一静电雾化装置120用于将第一液体输送装置110输送过来的金属盐溶液雾化并使其带电,包括第一气体输送管121、第一三通连接件122、第一电极套管123、第二三通连接件124和第一电极125,其中,第一气体输送管121通过第一三通连接件122套在第一液体输送管111外面,且第一三通连接件122的第三个通口设置成进气口1,用于向第一气体输送管121通入高压气体;第一电极套管123通过第二三通连接件124套在第一气体输送管121外面,且第二三通连接件124的第三个通口用于第一电极125的接电接头,第一电极125设置在第一气体输送管121的外面且在第一电极套管123的里面。优选的是,第一气体输送管121、第一电极套管123与第一液体输送管111同心。
第二静电喷雾装置200包括第二液体输送装置210和第二静电雾化装置220,它们分别与第一静电喷雾装置100中的第一液体输送装置110和第一静电雾化装置120的结构相同或相似。
具体地,所述第二液体输送装置210用于将合成MOF材料的配体溶液输送到第二静电雾化装置220,第二液体输送装置210包括第二液体输送管211,该第二液体输送管211穿过第二静电雾化装置220,例如,其可以为毛细管,尤其是石英毛细管。另外,第二液体输送装置210还可以包括液体泵等辅助液体传输的装置。
第二静电雾化装置220用于将第二液体输送装置210输送过来的配体溶液雾化并使其带电,包括第二气体输送管221、第三三通连接件222、第二电极套管223、第四三通连接件224和第二电极225,其中,第二气体输送管221通过第三三通连接件222套在第二液体输送管211外面,且第三三通连接件222的第三个通口设置成进气口1,用于向第二气体输送管221通入高压气体;第二电极套管223通过第四三通连接件224套在第二气体输送管221外面,且第四三通连接件224的第三个通口用于第二电极225的接电接头,第二电极225设置在第二气体输送管221的外面且在第二电极套管223的里面。优选的是,第二气体输送管221、第二电极套管223与第二液体输送管211同心。
所述第一电极125和第二电极225可以为耐高压电丝,通过接电接头与高压正极或负极连接而带电。
在双静电喷雾装置1000中,输入第一静电喷雾装置100和第二静电喷雾装置200的高压气体可以通过空气发生器提供,优选地,所述高压气体的气流压在0.1MPa~10MPa范围内,更优选地,所述高压气体的气流压在0.15MPa~5MPa范围内。
优选地,所述第一液体输送管111、第二液体输送管211、第一气体输送管121和第二气体输送管221为石英毛细管,所述第一电极套管123和第二电极套管223为PEEK(聚醚醚酮)管,例如,所述第一液体输送管111和第二液体输送管211为内径为约0.25mm的石英毛细管,所述第一气体输送管121和第二气体输送管221为内径为约0.5mm的石英毛细管,所述第一电极套管123和第二电极套管223为内径为约1.0mm的PEEK管。
优选地,在雾滴喷口端,所述第一电极套管123和第二电极套管223的长度分别长于所述第一气体输送管121和第二气体输送管221,例如可以长出约1~2mm;所述第一气体输送管121和第二气体输送管221的长度分别长于第一液体输送管111和第二液体输送管211,例如可以长出约1~2mm。从而,形成带电雾滴向外喷射的喷嘴,促进带电雾滴的雾化,控制雾滴的喷射范围。
所述第一静电喷雾装置100和所述第二静电喷雾装置200设置成相交,使得喷射出的带电的金属盐溶液雾滴和喷射出的带电的配体溶液雾滴能够汇合。相交的夹角根据溶液性质及雾化气体的流速确定,优选地,所述夹角在60°~180°范围内,进一步优选地,所述夹角在70°~150°范围内。
如图2所示,双静电喷雾装置1000还可以包括:
晶体收集装置300,例如聚四氟乙烯盘,用于收集合成的产物MOF晶体;
两个容器400,例如试剂瓶、锥形瓶或烧杯等,分别用于承载金属盐溶液和配体溶液;
液体流量计500,用于测量和控制第一静电喷雾装置100中金属盐溶液的液体输送速度和第二静电喷雾装置200中配体溶液的液体输送速度,优选地,所述液体输送速度在0.1mL/min~50mL/min范围内,进一步优选地,所述液体输送速度为4.5mL/min;
气体流量计600,例如,转子流量计,用于测量和控制第一气体输送管121和第二气体输送管221的高压气体和雾化气体的流量,优选地,所述高压气体和雾化气体的流量在0.1L/min~50L/min的范围内,例如,可以为336mL/min;
加热装置700,例如液体加热棒、液体电加热器等,用于加热金属盐溶液和配体溶液,使得金属盐溶液和配体溶液进入第一静电喷雾装置100和第二静电喷雾装置200的入口温度在100℃~180℃温度范围内,例如可以为180℃。
作为优选,所述第一静电喷雾装置100和第二静电喷雾装置200可以用塑料例如聚四氟乙烯密封成整体,其中第一静电喷雾装置100和第二静电喷雾装置200均包括三通道,三通道最里层为液体输送管,输送金属盐溶液或者配体溶液,中层为气体输送管,输送高压气体,最外层为导电装置,这三通道通过三通连接件形成密封体系,然后可以用具有弹性的绝缘材料PEEK管包围而密封成整体,有效防止高压触电。
在本发明的上述采用静电喷雾法合成金属有机框架材料的方法中,
所述用于合成MOF材料的金属盐溶液可以为锌盐溶液或者铜盐溶液,所述锌盐溶液可以为硝酸锌、乙酸锌或氯化锌在二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)或者水中的溶液,优选硝酸锌在二甲基甲酰胺(DMF)中的溶液,对其浓度不作限定,可以参考合成MOF材料的水热法、溶剂热法中使用的浓度;所述铜盐溶液可以为硝酸铜或乙酸锌在二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)或者水中的溶液,优选硝酸铜在二甲基甲酰胺(DMF)中的溶液,对其浓度不作限定,可以参考合成MOF材料的水热法、溶剂热法中使用的浓度。
所述用于合成MOF材料的配体溶液可以为对苯二甲酸的溶液,具体地,可以为对苯二甲酸在二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)或者水中的溶液,优选对苯二甲酸在二甲基甲酰胺(DMF)中的溶液;且所述配体溶液还包含三乙胺;在所述配体溶液中对对苯二甲酸和三乙胺的浓度不作限定,可以参考合成MOF材料的水热法、溶剂热法中使用的浓度。
在所述用于合成MOF材料的金属盐溶液为锌盐溶液或者铜盐溶液,所述用于合成MOF材料的配体溶液可以为对苯二甲酸的溶液时,用于合成MOF材料的金属盐溶液通过第一静电喷雾装置喷射出带正电的金属盐溶液雾滴,用于合成MOF材料的配体溶液通过第二静电喷雾装置喷射出带负电的配体溶液雾滴,同时使喷射出带正电的金属盐溶液雾滴和喷射出带负电的配体溶液雾滴汇合在一起进行反应,形成MOF晶体。
在本发明的方法中,作为优选,金属盐溶液和配体溶液分别进入第一静电喷雾装置100和第二静电喷雾装置200的入口温度在100℃~180℃温度范围内,例如可以为180℃;
金属盐溶液和配体溶液的输送速度在0.1mL/min~50mL/min范围内,例如可以为4.5mL/min;
用于使金属盐溶液和配体溶液雾化的高压气体的流量在0.1L/min~50L/min的范围内,例如可以为336mL/min;所述高压气体的气流压在0.1MPa~10MPa范围内,更优选地,所述高压气体的气流压在0.15MPa~5MPa范围内;
用于使金属盐溶液和配体溶液带电的正、负极电压例如可以为小于等于10KV。
在形成MOF晶体之后,将晶体收集起来,用极性相反的溶剂对其进行洗涤、分离、干燥等纯化工序。
在下面的实施例中具体地说明MOF材料MOF-5和Cu-BDC的制备,提供这些实施例只是用于具体地说明本发明,这些实施例不应该解释为限制本发明的范围。
实施例1
MOF-5晶体制备
(1)在万分之一的分析天平上准确称取0.6gZn(NO3)2·6H2O,置于50mL的烧杯中,量取20mLDMF于烧杯中,搅拌溶解,得到Zn盐溶液;
在分析天平中准确称取0.168g对苯二甲酸,置于50mL的烧杯中,量取20mL的DMF和1.1mL的三乙胺于烧杯中,在通风橱中搅拌溶解,得到配体溶液;
(2)Zn盐溶液通过第一静电喷雾装置100喷射出带正电的Zn盐溶液雾滴,其中,入口温度为180℃,Zn盐溶液输送速度为4.5mL/min,高压气体的气流压为0.4MPa,高压气体的流量为336mL/min,第一电极125通过接电接头与高压正极连接,正极电压为2500V;
配体溶液通过第二静电喷雾装置200喷射出带负电的配体溶液雾滴,其中,入口温度为180℃,配体溶液输送速度为4.5mL/min,高压气体的气流压为0.4MPa,高压气体的流量为336mL/min,第二电极225通过接电接头与高压负极连接,负极电压为-860V;
第一静电喷雾装置100和第二静电喷雾装置200设置成相交90°,使得喷射出的带电的金属盐溶液雾滴和喷射出的带电的配体溶液雾滴溅射交于一处形成白色结晶MOF-5。
(3)将上述产物置于离心管中,量取10mL甲醇,进行离心分离;分离后的产物再用二氯甲烷进行洗涤两次,静置晾干得纯净MOF-5晶体。
上述制备的MOF-5晶体的X射线粉末衍射(PXRD)图谱如图3所示,与MOF-5单晶衍射图谱,利用Origin软件拟合,二者所得曲线基本匹配。
实施例2
Cu-BDC晶体制备
(1)在万分之一的分析天平上准确称取1.0268gCu(NO3)2·6H2O,置于50mL的烧杯中,量取29.68mLDMF于烧杯中,搅拌溶解,得到Cu盐溶液;
在分析天平中准确称取0.7061g对苯二甲酸,置于50mL的烧杯中,量取25mL的DMF和4.68mL的三乙胺于烧杯中,在通风橱中搅拌溶解,得到配体溶液;
(2)Cu盐溶液通过第一静电喷雾装置100喷射出带正电的Cu盐溶液雾滴,其中,入口温度为180℃,Cu盐溶液输送速度为4.5mL/min,高压气体的气流压为0.4MPa,高压气体的流量为336mL/min,第一电极125通过接电接头与高压正极连接,正极电压为170V;
配体溶液通过第二静电喷雾装置200喷射出带负电的配体溶液雾滴,其中,入口温度为180℃,配体溶液输送速度为4.5mL/min,高压气体的气流压为0.4MPa,高压气体的流量为336mL/min,第二电极225通过接电接头与高压负极连接,负极电压为-230V;
第一静电喷雾装置100和第二静电喷雾装置200设置成相交90°,使得喷射出的带电的金属盐溶液雾滴和喷射出的带电的配体溶液雾滴溅射交于一处形成蓝色结晶Cu-BDC。
(3)将上述产物置于离心管中,量取10mLDMF,进行离心分离;分离后的产物再用二氯甲烷进行洗涤两次,150℃下加热干燥24h得纯净Cu-BDC晶体。
上述制备的Cu-BDC晶体的X射线粉末衍射(PXRD)图谱如图4所示,与Cu-BDC单晶衍射图谱,利用Origin软件拟合,二者所得曲线基本匹配。
尽管前面公开的内容示出了本发明的示例性实施例,但是应当理解,在不背离本发明权利要求所限定的范围和精神的前提下,可以进行多种改变和替代,这些改变和替代落入本发明权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种采用静电喷雾法合成金属有机框架材料的方法,其特征是,采用双静电喷雾装置即第一静电喷雾装置和第二静电喷雾装置来合成MOF材料,该方法包括:用于合成MOF材料的金属盐溶液通过第一静电喷雾装置喷射出带电的金属盐溶液雾滴,用于合成MOF材料的配体溶液通过第二静电喷雾装置喷射出带电的配体溶液雾滴,同时使喷射出的金属盐溶液雾滴和喷射出的配体溶液雾滴汇合在一起进行反应,形成MOF晶体。
2.根据权利要求1所述的合成金属有机框架材料的方法,其特征是,所述第一静电喷雾装置用于将合成MOF材料的金属盐溶液喷射出带电的金属盐溶液雾滴,其包括第一液体输送装置和第一静电雾化装置;
所述第二静电喷雾装置用于将合成MOF材料的配体溶液喷射出带电的配体溶液雾滴,其包括第二液体输送装置和第二静电雾化装置;
所述第一静电喷雾装置和所述第二静电喷雾装置设置成相交,使得喷射出的带电的金属盐溶液雾滴和喷射出的带电的配体溶液雾滴能够汇合。
3.根据权利要求2所述的合成金属有机框架材料的方法,其特征是,在第一静电喷雾装置中:
所述第一液体输送装置用于将合成MOF材料的金属盐溶液输送到第一静电雾化装置,第一液体输送装置包括第一液体输送管,该第一液体输送管穿过第一静电雾化装置;
第一静电雾化装置用于将第一液体输送装置输送过来的金属盐溶液雾化并使其带电,包括第一气体输送管、第一三通连接件、第一电极套管、第二三通连接件和第一电极,其中,第一气体输送管通过第一三通连接件套在第一液体输送管外面,且第一三通连接件的第三个通口设置成进气口,用于向第一气体输送管通入高压气体;第一电极套管通过第二三通连接件套在第一气体输送管外面,且第二三通连接件的第三个通口用于第一电极的接电接头,第一电极设置在第一气体输送管的外面且在第一电极套管的里面。
4.根据权利要求2所述的合成金属有机框架材料的方法,其特征是,在第二静电喷雾装置中:
所述第二液体输送装置用于将合成MOF材料的配体溶液输送到第二静电雾化装置,第二液体输送装置包括第二液体输送管,该第二液体输送管穿过第二静电雾化装置;
第二静电雾化装置用于将第二液体输送装置输送过来的配体溶液雾化并使其带电,包括第二气体输送管、第三三通连接件、第二电极套管、第四三通连接件和第二电极,其中,第二气体输送管通过第三三通连接件套在第二液体输送管外面,且第三三通连接件的第三个通口设置成进气口,用于向第二气体输送管通入高压气体;第二电极套管通过第四三通连接件套在第二气体输送管外面,且第四三通连接件的第三个通口用于第二电极的接电接头,第二电极设置在第二气体输送管的外面且在第二电极套管的里面。
5.根据权利要求3或4所述的合成金属有机框架材料的方法,其特征是,第一液体输送管、第二液体输送管、第一气体输送管和第二气体输送管为石英毛细管,第一电极套管和第二电极套管为聚醚醚酮管;在雾滴喷口端,第一电极套管和第二电极套管的长度分别长于第一气体输送管和第二气体输送管,第一气体输送管和第二气体输送管的长度分别长于第一液体输送管和第二液体输送管。
6.根据权利要求2所述的合成金属有机框架材料的方法,其特征是,所述双静电喷雾装置还可以包括:
晶体收集装置,用于收集合成的产物MOF晶体;以及
两个容器,分别用于承载金属盐溶液和配体溶液。
7.根据权利要求1所述的合成金属有机框架材料的方法,其特征是,所述用于合成MOF材料的金属盐溶液为锌盐溶液或者铜盐溶液,所述锌盐溶液为硝酸锌、乙酸锌或氯化锌在二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)或者水中的溶液,优选硝酸锌在二甲基甲酰胺(DMF)中的溶液;所述铜盐溶液为硝酸铜或乙酸锌在二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)或者水中的溶液,优选硝酸铜在二甲基甲酰胺(DMF)中的溶液。
8.根据权利要求1所述的合成金属有机框架材料的方法,其特征是,所述用于合成MOF材料的配体溶液为对苯二甲酸的溶液,具体地,为对苯二甲酸在二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)或者水中的溶液,优选对苯二甲酸在二甲基甲酰胺(DMF)中的溶液;且所述配体溶液还包含三乙胺。
9.根据权利要求1、7或8所述的合成金属有机框架材料的方法,其特征是,在所述用于合成MOF材料的金属盐溶液为锌盐溶液或者铜盐溶液,所述用于合成MOF材料的配体溶液为对苯二甲酸的溶液时,用于合成MOF材料的金属盐溶液通过第一静电喷雾装置喷射出带正电的金属盐溶液雾滴,用于合成MOF材料的配体溶液通过第二静电喷雾装置喷射出带负电的配体溶液雾滴,同时使喷射出带正电的金属盐溶液雾滴和喷射出带负电的配体溶液雾滴汇合在一起进行反应,形成MOF晶体。
10.根据权利要求9所述的合成金属有机框架材料的方法,其特征是,所述MOF晶体是MOF-5或者Cu-BDC;
所述金属盐溶液和配体溶液分别进入第一静电喷雾装置和第二静电喷雾装置的入口温度在100℃~180℃温度范围内;
所述金属盐溶液和配体溶液的输送速度在0.1mL/min~50mL/min范围内;
用于使金属盐溶液和配体溶液雾化的高压气体的流量在0.1L/min~50L/min的范围内;所述高压气体的气流压在0.1MPa~10MPa范围内;以及
用于使金属盐溶液和配体溶液带电的正、负极电压可以为小于等于10KV。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610082272.XA CN105753890B (zh) | 2016-02-05 | 2016-02-05 | 采用静电喷雾法合成金属有机框架材料的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610082272.XA CN105753890B (zh) | 2016-02-05 | 2016-02-05 | 采用静电喷雾法合成金属有机框架材料的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105753890A true CN105753890A (zh) | 2016-07-13 |
CN105753890B CN105753890B (zh) | 2018-08-10 |
Family
ID=56329674
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610082272.XA Active CN105753890B (zh) | 2016-02-05 | 2016-02-05 | 采用静电喷雾法合成金属有机框架材料的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105753890B (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106008619A (zh) * | 2016-08-08 | 2016-10-12 | 四川生科力科技有限公司 | 新橙皮苷二氢查尔酮的制备方法 |
CN106478406A (zh) * | 2016-08-26 | 2017-03-08 | 东北大学 | 一种纳米级片状金属有机骨架材料的制备方法 |
CN109559971A (zh) * | 2018-11-14 | 2019-04-02 | 北京师范大学 | 一种离子化装置及其应用 |
CN110715972A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-01-21 | 华中师范大学 | 基于双喷雾排斥界面的质谱监测平台及分析方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060057057A1 (en) * | 2002-10-25 | 2006-03-16 | Basf Aktiengesellschaft | Process for preparing hydrogen peroxide from the elements |
CN102784562A (zh) * | 2012-08-09 | 2012-11-21 | 大连理工大学 | 一种制备金属有机骨架膜的方法 |
WO2013160683A1 (en) * | 2012-04-25 | 2013-10-31 | Johnson Matthey Public Limited Company | Solid metal -organic framework compound and method of manufacture |
KR20150090546A (ko) * | 2014-01-29 | 2015-08-06 | 경희대학교 산학협력단 | 정전분무 증착에 의한 mof 분리막의 제조방법, 이에 의해 제조된 분리막, 및 이에 관한 장치 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1931423A (zh) * | 2005-09-13 | 2007-03-21 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 纳米粒子合成装置及其合成方法 |
-
2016
- 2016-02-05 CN CN201610082272.XA patent/CN105753890B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060057057A1 (en) * | 2002-10-25 | 2006-03-16 | Basf Aktiengesellschaft | Process for preparing hydrogen peroxide from the elements |
WO2013160683A1 (en) * | 2012-04-25 | 2013-10-31 | Johnson Matthey Public Limited Company | Solid metal -organic framework compound and method of manufacture |
CN102784562A (zh) * | 2012-08-09 | 2012-11-21 | 大连理工大学 | 一种制备金属有机骨架膜的方法 |
KR20150090546A (ko) * | 2014-01-29 | 2015-08-06 | 경희대학교 산학협력단 | 정전분무 증착에 의한 mof 분리막의 제조방법, 이에 의해 제조된 분리막, 및 이에 관한 장치 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
牟方志: "金属氧化物复杂微纳结构的新制备技术与性能", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106008619A (zh) * | 2016-08-08 | 2016-10-12 | 四川生科力科技有限公司 | 新橙皮苷二氢查尔酮的制备方法 |
CN106478406A (zh) * | 2016-08-26 | 2017-03-08 | 东北大学 | 一种纳米级片状金属有机骨架材料的制备方法 |
CN106478406B (zh) * | 2016-08-26 | 2018-09-14 | 东北大学 | 一种纳米级片状金属有机骨架材料的制备方法 |
CN109559971A (zh) * | 2018-11-14 | 2019-04-02 | 北京师范大学 | 一种离子化装置及其应用 |
CN109559971B (zh) * | 2018-11-14 | 2020-02-14 | 北京师范大学 | 一种离子化装置及其应用 |
CN110715972A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-01-21 | 华中师范大学 | 基于双喷雾排斥界面的质谱监测平台及分析方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105753890B (zh) | 2018-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105753890A (zh) | 采用静电喷雾法合成金属有机框架材料的方法 | |
CN105581983B (zh) | 高频超声雾化微粒制备*** | |
CN204486119U (zh) | 一种耐高温超声波喷头 | |
CN113945070B (zh) | 一种微量化纳米粉体快速干燥及收集装置 | |
CN102554247A (zh) | 生产铝粉用雾化装置及其雾化工艺 | |
CN205628359U (zh) | 双静电喷雾装置 | |
CN105014063A (zh) | 适用于活性粉体的喷雾造粒装置及其造粒方法 | |
CN104549042A (zh) | 基于超声雾化干燥的微纳米干粉制备方法与装置 | |
CN104906913A (zh) | 一种利用加湿冷凝结水降低空气悬浮颗粒物的方法及装置 | |
CN201609622U (zh) | 一种含漆雾有机废气的净化*** | |
CN104056742A (zh) | 雾化配比式多入口介质喷射器 | |
CN104174511A (zh) | 一种超声波喷雾干燥喷头 | |
CN203183712U (zh) | 一种喷雾干燥机 | |
CN111001353A (zh) | 一种真空喷雾流化造粒机 | |
CN207871566U (zh) | 一种离心喷雾干燥装置 | |
CN206613189U (zh) | 动物蛋白离心喷雾干燥装置 | |
CN204208412U (zh) | 一种新型锅炉烟道除尘脱硫*** | |
CN206168656U (zh) | 一种新型卷材生产环保喷涂室 | |
CN208599197U (zh) | 制备纳米材料的喷雾干燥装置 | |
CN203754745U (zh) | 具有降温作用的高炉煤气重力除尘器 | |
CN207952634U (zh) | 一种微细铝粉生产用的雾化器 | |
CN109531861A (zh) | 一种聚合物喷雾法造粒工艺 | |
CN104697823B (zh) | 一种稀土改性纳米涂层玻璃板自清洁气体收集装置 | |
CN203972163U (zh) | 一种超声波喷雾干燥喷头 | |
CN208869555U (zh) | 一种杂质吸收器及焦炉煤气吸收装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |