一种氢键框架纳米陷阱材料及其制备方法和碳捕集应用

本发明涉及碳捕集，具体是一种氢键框架纳米陷阱材料及其制备方法和碳捕集应用。

背景技术：

1、由于化石燃料的大量使用，大气中二氧化碳（co2）浓度急剧上升，引发了全球气候变暖等一系列严峻的环境问题。碳捕集、利用与封存（ccus）技术作为一种有效降低大气中co2含量的手段，受到了广泛关注。在碳捕集技术中，吸附法因其操作简单、能耗低、设备投资小等优点，被认为是最具发展潜力的技术之一。

2、目前，用于碳捕集的吸附剂种类繁多，包括活性炭、分子筛、金属-有机框架材料（mofs）等。活性炭具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，但其对co2的吸附选择性较低；分子筛虽然对co2有一定的吸附选择性，但吸附容量有限，且再生能耗较高；mofs材料具有高比表面积和可调控的孔结构，对co2表现出较好的吸附性能，但合成成本较高，稳定性较差，限制了其大规模应用。

3、因此，开发一种具有高吸附容量、高选择性、良好稳定性且成本较低的新型吸附剂，是当前碳捕集领域的研究热点和关键挑战。氢键框架材料（hofs）作为一类新型的多孔材料，通过分子间氢键相互作用形成三维框架结构，具有合成方法简单、结构可设计性强、孔隙率高、比表面积大等优点，在气体吸附分离领域展现出巨大的应用潜力。然而，目前大多数hofs材料的颗粒尺寸较大，导致其内部孔道不易被充分利用，从而影响了对co2的吸附性能。将hofs制备成纳米尺寸，并构建具有特殊陷阱结构的纳米材料，有望进一步提高其对co2的吸附容量和选择性，但相关研究报道较少。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种氢键框架纳米陷阱材料及其制备方法和碳捕集应用，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

3、一种氢键框架纳米陷阱材料的制备方法，包括以下步骤：

4、1）将cuso4·5h2o溶解于去离子水中形成溶液a；

5、2）将2,6-二氨基嘌呤加入到由n,n-二甲基乙酰胺和去离子水组成的混合溶剂中，形成溶液b；

6、3）将溶液a逐滴加入到溶液b中，并持续搅拌进行反应；

7、4）搅拌反应完成后，进行离心分离得到沉淀，对沉淀进行洗涤，洗涤后的产物经真空干燥，获得氢键框架纳米陷阱材料hof-cu-dap-so4。

8、作为优选的方案，步骤1）中，cuso4·5h2o与去离子水的用量关系为80-100mg：2-2.5ml。

9、作为更优选的方案，步骤2）中，2,6-二氨基嘌呤、n,n-二甲基乙酰胺和去离子水的用量关系为43.6-54.5mg：10-12ml：3-3.6ml。

10、作为更优选的方案，步骤3）中，滴加速度为每秒1-2滴，搅拌反应时间为48-72小时，反应温度为常温。

11、作为更优选的方案，步骤4）中，所述真空干燥为在333k的温度下，真空干燥处理12-24小时。

12、作为更优选的方案，步骤4）中，所述对沉淀进行洗涤为依次用n,n-二甲基甲酰胺、去离子水和甲醇对沉淀进行洗涤。

13、作为更优选的方案，步骤4）中，在每次洗涤后，均进行离心分离。

14、本发明实施例还提供了一种氢键框架纳米陷阱材料，是由上述的氢键框架纳米陷阱材料的制备方法所制备得到。

15、发明实施例还提供了上述的氢键框架纳米陷阱材料在碳捕集中的应用。

16、作为更优选的方案，在混合气体中吸附co2的应用。

17、本发明实施例的有益效果是：

18、本发明提供了一种氢键框架纳米陷阱材料hof-cu-dap-so4的制备方法，并将制备的hof-cu-dap-so4材料直接用于高效捕集co2。该材料基于独特的化学合成方法，利用金属盐、有机配体和无机阴离子之间的相互作用，形成了稳定的一维孔道结构。这种结构拥有丰富且规整的孔道体系，具有高比表面积，为二氧化碳分子提供了大量可接触的活性位点和快速扩散通道。而且其制备方法简单，仅需在室温下搅拌反应，不需要复杂设备和苛刻条件，易于操作和控制，有利于大规模生产。

19、该材料展现出卓越的碳捕集能力。所述hof-cu-dap-so4对co2的吸附容量可达65.2cm3g-1，优于许多传统碳捕集材料。其独特的“纳米陷阱”结构使其对co2具有极高的选择性，能够在含有氮气、甲烷等其他气体的混合体系中优先吸附二氧化碳，为高效捕集和分离co2提供了一种新的有效策略。

1.一种氢键框架纳米陷阱材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的氢键框架纳米陷阱材料的制备方法，其特征在于，步骤1）中，cuso4·5h2o与去离子水的用量关系为80-100mg：2-2.5ml。

3.根据权利要求1所述的氢键框架纳米陷阱材料的制备方法，其特征在于，步骤2）中，2,6-二氨基嘌呤、n,n-二甲基乙酰胺和去离子水的用量关系为43.6-54.5mg：10-12ml：3-3.6ml。

4.根据权利要求1所述的氢键框架纳米陷阱材料的制备方法，其特征在于，步骤3）中，滴加速度为每秒1-2滴，搅拌反应时间为48-72小时，反应温度为常温。

5.根据权利要求1所述的氢键框架纳米陷阱材料的制备方法，其特征在于，步骤4）中，所述真空干燥为在333k的温度下，真空干燥处理12-24小时。

6.根据权利要求1-5任一所述的氢键框架纳米陷阱材料的制备方法，其特征在于，步骤4）中，所述对沉淀进行洗涤为依次用n,n-二甲基甲酰胺、去离子水和甲醇对沉淀进行洗涤。

7.根据权利要求6所述的氢键框架纳米陷阱材料的制备方法，其特征在于，步骤4）中，在每次洗涤后，均进行离心分离。

8.一种氢键框架纳米陷阱材料，其特征在于，是由权利要求1-7任一所述的氢键框架纳米陷阱材料的制备方法所制备得到。

9.如权利要求8所述的氢键框架纳米陷阱材料在碳捕集中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，在混合气体中吸附co2的应用。