科创中国

本发明公开了一种金属有机多孔吸附剂的粉末成型制备方法,该方法利用硅凝胶纳米粒子将金属有机多孔材料粉末造粒成球,制备得到金属有机多孔吸附剂。本发明利用硅凝胶纳米粒子使得金属有机多孔材料粉末粘结成球,不仅保证金属有机多孔粉末能够粘结成球,同时硅凝胶纳米粒子具有良好的孔隙结构,不会堵塞金属有机多孔材料的孔道,保证了金属有机多孔吸附剂具有较高的比表面积和良好的孔道连通性,良好的热稳定性和化学稳定性,以及良好的抗压和抗磨损性能,适用于快速变压吸附和高压模拟移动床分离。

本发明先将金属有机多孔材料粉末与硅溶胶混合得到浆料悬浮液，然后经油氨柱成型装置滴落至保护油中均匀凝结，利用保护油与水作用形成的球形充当颗粒成型的前驱结构，再进入碱性的下层氨水溶液中，利用硅溶胶在碱性条件下水解固化形成的硅凝胶纳米粒子作为粘接剂，将金属有机多孔材料粉末粘结成球状胶粒，得到尺寸均匀的胶粒，经后续老化、清洗和干燥，得到球形颗粒的金属有机多孔吸附剂。基于油水不互溶的特性，保护油包覆的金属有机多孔材料粉末与硅溶胶混合得到的浆料在氨水溶液中形成均匀的球形颗粒，随着硅溶胶逐渐水解形成硅凝胶纳米粒子，使得金属有机多孔粉末粘结成型，且硅凝胶纳米粒子具有高的机械强度，因此成型得到的球形颗粒的金属有机多孔吸附剂具有较高的抗压强度；同时，由于硅凝胶纳米粒子具有良好的孔隙结构，不会堵塞金属有机多孔吸附剂的孔道，保证其高的比表面积和良好的孔道连通性，进而保证了球形颗粒的金属有机多孔吸附剂具有高比表面积和多级孔结构，而硅凝胶纳米粒子粘结的金属有机多孔粉末具有良好的热稳定性和化学稳定性，以及良好的抗压和抗磨损性能，满足了工业变压吸附分离和模拟移动床分离对吸附剂孔道连通性和机械强度的要求。

金属有机多孔材料是一种由金属离子或离子簇与有机配体自组装而成的新型多孔晶体材料，由于其种类繁多、比表面积较大、孔隙率灵活可调节等优点，在气体储存和分离、催化和传感等方面被广泛的应用。目前，已经报道的金属有机多孔材料有上万种。但是已经报道的金属有机多孔系列材料均为粉末状，在工业应用中，由于流体流过粉末填充床时会产生压降、粉尘堵塞、磨损、质量损失以及转移和处理困难等问题，导致金属有机多孔粉末不能直接应用于大部分工业过程。因此，在损失一部分材料固有性能的前提下，将粉末制备成具有一定机械强度的成型体颗粒，对推动金属有机多孔材料的工业应用具有现实意义。

目前，无机多孔吸附剂(沸石分子筛、多孔氧化铝等)工业成型主要在无机多孔粉末中添加黏结剂，通过一定的模具挤压形成柱状或球形，干燥后通过高温煅烧使得黏合剂和沸石晶体结构连接紧密。但是，多数金属有机多孔材料的热稳定性不如沸石分子筛，在高温焙烧的情况下，孔道结构易被破坏或受热分解，因此，工业上用于沸石成型的方法并不适用于金属有机多孔材料的成型，因此需开发新的金属有机多孔材料成型方法。现如今已经用于金属有机多孔材料的成型处理方法有压制成型、挤出成型、溶胶-凝胶法成型、相转化法等，可以将粉末状材料成型为薄片、长条状、薄膜以及球形颗粒等形状。

但上述现有吸附剂成型技术中存在颗粒大小不均匀、颗粒抗压强度低的缺陷，且现有球形颗粒成型技术容易造成金属有机多孔材料比表面积下降和孔径堵塞，需要开发新型的成型技术，保证金属有机多孔吸附剂成型后的多孔性和优异的吸附性能。

本发明在吸附剂制备技术领域有着广泛的应用前景。

发明人：何观伟 马和平 张芳 王闪闪 袁岚 马武举 卞雯 吕宏安 吴鹏

西安交通大学是我国最早兴办、享誉海内外的著名高等学府，是教育部直属重点大学。西迁以来，一代代交大人扎根西部、服务国家，为西部发展和国家建设作出了卓越贡献，以实际行动铸就了第一批纳入中国共产党人精神谱系的西迁精神。2017年12月，习近平总书记对学校15位老教授来信作出重要指示。在2018年新年贺词中，习近平总书记再次提到“西安交大西迁的老教授”。2020年4月22日，习近平总书记来校考察并发表重要讲话，强调西迁精神的核心是爱国主义，精髓是听党指挥跟党走，与党和国家、与民族和人民同呼吸、共命运，勉励师生在新时代创造属于我们这代人的历史功绩，给全校师生以巨大关怀和极大鼓舞，为学校新时代建设中国特色世界一流大学提供了根本遵循和行动指南。

1、本发明利用硅凝胶纳米粒子使得金属有机多孔材料粉末粘结成球，不仅保证金属有机多孔粉末能够粘结成球，同时硅凝胶纳米粒子具有良好的孔隙结构，不会堵塞金属有机多孔材料的孔道，保证了金属有机多孔吸附剂具有较高的比表面积和良好的孔道连通性。

2、本发明将金属有机多孔材料粉末与硅溶胶混合后送入油氨柱成型装置进行滴落成型，利用硅溶胶在碱性条件下水解固化形成硅凝胶纳米粒子作为粘接剂将金属有机多孔材料粉末粘结成型，得到尺寸均匀、抗压强度高的金属有机多孔吸附剂球形颗粒，克服了现有吸附剂成型技术中吸附剂颗粒大小不均匀、颗粒抗压强度低的缺陷。

3、本发明制备的金属有机多孔吸附剂球形颗粒具有高比表面积和多级孔结构，且具有良好的热稳定性和化学稳定性，以及良好的抗压和抗磨损性能，具有广阔的应用前景。

4、本发明制备的金属有机多孔吸附剂粒径为0.5mm～4mm，适用于快速变压吸附和高压模拟移动床分离。

5、本发明采用油氨柱成型装置，连续制备尺寸均匀的金属有机多孔吸附剂球形颗粒，实现了连续生产，提高了制备效率。

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