CN213078428U - 一种基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置，包括反应室、洗涤室、刻蚀室和酸/碱提取室；反应室的出料口与洗涤室的进料口通过管道连通，洗涤室的出料口与刻蚀室的进料口通过管道连通，刻蚀室的出料口与洗涤干燥室的进料口通过管道连通；刻蚀室侧壁分别设有虹吸导管和连接导管，虹吸导管的第一端口与刻蚀室底部连通，其第二端口从酸/碱提取室顶部连通并延伸至酸/碱提取室底部，连接导管分别与刻蚀室上部和酸/碱提取室上部空间连通。其中，酸/碱提取室中的弱酸或者弱碱溶液被加热气化、上升、冷凝，滴入刻蚀室，达到一定高度后再由刻蚀室虹吸至酸/碱提取室中，循环往复，直到材料刻蚀完成，反应工艺简单可控，环境友好。

Description

一种基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置

技术领域

本实用新型属于共价有机骨架材料制备装置领域，具体涉及一种基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置。

背景技术

共价有机骨架(COFs)是由构筑单元通过可逆的共价键连接的多孔材料，是一类具有有序孔道结构的新型多孔晶态材料。这类多孔晶态材料因其在气体存储，化学传感，药物释放，非均相催化以及光电领域有潜在的应用价值。在过去十几年中，通过选择各种构筑单元已经得到许多二维或三维COFs，其结构合成重点在于构筑基元的选择和结构的设计，这也是决定COF材料性能的重要因素。然而目前合成COFs的构筑单元主要集中于有机构筑单元，这在一定程度上限制了COFs结构和功能的多样性。因此开发多级复合的构筑单元对丰富COFs材料的结构与功能有重要意义。

多功能化和微结构化新型纳米复合材料的研发是当前催化科学领域的研究热点。具有多级yolk-shell结构的共价有机骨架材料具高催化活性，尤其，该材料多功能集成组装和表面功能化是提升材料性能的关键技术。因此制备yolk-shell结构架共价有机骨架材料具有重要应用价值。这种材料往往是通过先制备出核-壳结构的共价有机骨架材料，然后使用相应的溶液对其内核进行刻蚀，该溶液可以溶解相应的核材料而对共价有机骨架没有腐蚀作用，目前常使用的是以二氧化硅做核材料，以弱酸或者弱碱进行刻蚀。但目前尚没有出现一种适用于该材料的规模化生产的装置，该装置一方面需要满足在工业化同时刻蚀反应均匀不影响产品形貌，另一方面需要克服工艺流程弱酸或者弱碱刻蚀量不易控制的缺陷。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置，使用本装置可以制备出具有yolk-shell结构的共价有机骨架材料，该材料表面多级功能化具高催化活性。

为实现上述目的，按照本实用新型，提供一种基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置，包括反应室、洗涤室、刻蚀室和酸/碱提取室；

所述反应室的出料口与洗涤室的进料口通过管道连通，所述洗涤室的出料口与刻蚀室的进料口通过管道连通，所述刻蚀室的出料口与洗涤干燥室的进料口通过管道连通；

所述刻蚀室侧壁分别设有虹吸导管和连接导管，所述虹吸导管的第一端口与所述刻蚀室底部连通，其第二端口从所述酸/碱提取室顶部连通并延伸至酸/碱提取室底部，所述连接导管分别与所述刻蚀室上部和酸/碱提取室上部空间连通。

优选地，还包括螺旋蒸馏塔，所述螺旋蒸馏塔设有螺旋蒸馏管道，所述螺旋蒸馏管道底部端口与所述刻蚀室连通，且靠近所述连接导管端口。

优选地，所述螺旋蒸馏塔设有两个接口与外界连通，用于冷却流体的输入/输出。

优选地，所述反应室和酸/碱提取室设置有加热装置和压力调控装置。

优选地，所述刻蚀室出料口连接洗涤干燥室，所述洗涤干燥室腔内设置有过滤膜传送带。

优选地，所述装置还包括第一处理池和第二处理池；

所述洗涤干燥室均设有出液口与第一处理池的入水口连通，所述第一处理池废液口与所述第二处理池的入水口连通。

优选地，所述反应室、刻蚀室、酸/碱提取室中均设有搅拌装置。

优选地，所述过滤膜传送带设置有振动装置。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本实用新型提出一种基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置，可以适用规模化生产。包括刻蚀室、酸/碱提取室和螺旋蒸馏塔，酸/碱提取室中的弱酸或者弱碱溶液被加热气化、上升、冷凝，滴入刻蚀室，达到一定高度后再由刻蚀室虹吸至酸/碱提取室中，循环往复，直到材料刻蚀完成。

2.本实用新型提出一种基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置，包括反应室和酸/碱提取室，两种反应装置都具备加热装置和压力调控装置，一方面可以有效控制复合反应的反应条件，另一方面通过压力调整保证反应设备的压力平衡，防止爆裂、产品倒流、反应物溢流等生产事故产生。

3.本实用新型提出一种基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置，可以适用yolk-shell结构架共价有机骨架材料的规模化生产。通过自调整的少量多次刻蚀工艺，可以得到形貌均匀的产品。此外通过设计废水处理装置，将洗涤后的废水进行处理，反应工艺简单可控，环境友好。

附图说明

图1为按照本实用新型实现的一种基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置的整体结构示意图；

图2为按照本实用新型实现的一种基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置的第一连续反应器的细节示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

反应室-1，洗涤室-2，刻蚀室-3，和酸/碱提取室-4，螺旋蒸馏塔-5，洗涤干燥室-6，第一处理池-7，第二处理池-8，虹吸导管-301，和连接导管-302，螺旋蒸馏管道-501。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

需要说明的是，本实用新型涉及的术语“第一\第二”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里描述或图示的那些以外的顺序实施。

如图1所示，根据本实用新型一种具体的实施方式，提供一种基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置，用于制备需要进行酸/碱刻蚀的共价有机骨架材料，优选用于制备Yolk-shell结构的共价有机骨架材料，该材料使用二氧化硅作为核，包覆共价有机骨架材料，再通过弱酸或者弱碱进行刻蚀，形成Yolk-shell结构的共价有机骨架材料。因此，使用该装置工艺流程包括：首先制备出以二氧化硅作为核的共价有机骨架材料，通过提取弱酸或者弱碱对该材料进行浸泡刻蚀以后，再进行洗涤、干燥产出对应的产物。

本实施例中，一种基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置包括反应室1、洗涤室2、刻蚀室3、酸/碱提取室4和洗涤干燥室6；

反应室1的出料口与洗涤室2的进料口通过管道连通，洗涤室2的出料口与刻蚀室3的进料口通过管道连通，刻蚀室3的出料口与洗涤干燥室6的进料口通过管道连通；

如图2所示，刻蚀室3侧壁分别设有虹吸导管301和连接导管302，虹吸导管301的第一端口与刻蚀室3底部连通，其第二端口从酸/碱提取室4顶部连通并延伸至酸/碱提取室4底部，连接导管302分别与刻蚀室3上部和酸/碱提取室4上部空间连通。

进一步地，反应室1用于制备一种以二氧化硅为核包覆共价有机骨架的核-壳结构，主要方法为将二氧化硅、两种配体溶液和溶剂通过进料口输入，在反应室1中进行反应，该反应室1为反应釜结构，设置有加热装置和压力调控装置，可以将反应设置在最佳的反应条件。反应完成后进入洗涤室2进行洗涤，再输入刻蚀室3。洗涤室2洗涤使用的溶剂与酸/碱提取室4中弱酸或者弱碱溶解溶剂相同。

更进一步地，制备共价有机骨架包括两种配体，第一配体包括均苯三甲醛、对苯二甲醛、四(4-甲酰基苯)甲烷、四醛基苯基卟啉、3,3',5,5'-四醛基联苯、2,2'-联吡啶-5,5'-二甲醛、2,5-二羟基对苯二甲醛、2,5-二甲氧基苯-1,4-二甲醛、2,5-二甲酰基呋喃、1,3,5-三醛基间苯三酚等其中至少一种，但不限于此。第二配体包括，对苯二胺、蜜勒胺、联苯二胺、5,15-(氨苯基)-10,20-苯基卟啉、四(4-氨基苯基)甲烷、三(4-氨基苯基)胺、5,5'-二氨基-2,2'-联吡啶、2,4,6-三(4-氨基苯氧基)-1,3,5-三嗪、1,3,5-三(4-氨基苯基)苯等其中至少一种，但不限于此。

进一步地，酸/碱提取室4中用于存放弱酸或者弱碱溶液，该弱酸或者弱碱优选为具有挥发性的弱酸或者弱碱，该弱酸包括：氢溴酸，碘化氢，氢氟酸，碘酸，稀盐酸，水合物磺酸，碘代乙酸酐，溴化氢，乙酸其中一种或多种溶液。该弱碱包括：三甲基氢氧化铵，三乙基氢氧化铵，三乙胺其中一种或多种溶液。

本实施方式中，如图2所示，该制备装置还包括螺旋蒸馏塔5，螺旋蒸馏塔5设有螺旋蒸馏管道501，螺旋蒸馏管道501底部端口与刻蚀室3连通，且靠近连接导管302端口。

进一步地，螺旋蒸馏塔5设有两个接口与外界连通，用于冷却流体的输入/输出，从而使螺旋蒸馏塔5具有冷凝的作用。

更进一步地，酸/碱提取室4设置有加热装置和压力调控装置，通过设定温度和压强，对该弱酸或者弱碱溶液进行加热气化，该弱酸或者弱碱形成蒸汽，由连接导管302上升进入刻蚀室3，在刻蚀室3内达到一定气化浓度时再通过螺旋蒸馏管道501底端进入螺旋蒸馏塔5，凝成液体滴入刻蚀室3内，对刻蚀室3中的二氧化硅为核包覆共价有机骨架材料进行浸泡刻蚀，在浸泡过程中可以进行少量适当的搅拌，以使材料与弱酸或者弱碱充分接触或者避免材料结块，搅拌后尽量使材料进行沉降，待刻蚀室3内弱酸或者弱碱溶液达到一定高度，刻蚀后的弱酸或者弱碱溶液经虹吸导管301的第一端口流入回酸/碱提取室4，流入回酸/碱提取室4的弱酸或者弱碱溶液继续被加热气化、上升、冷凝，滴入刻蚀室3，如此循环往复，直到材料刻蚀完成。

更进一步地，可以使用该制备装置制备的Yolk-shell结构的共价有机骨架材料，通过循环刻蚀的方法可以使二氧化硅为核包覆共价有机骨架材料少量多次与弱酸或者弱碱溶液反应，从而使反应的良率大大提高，使产品的形貌更好。

本实施方式中，刻蚀室3出料口连接洗涤干燥室6，将刻蚀后的产物经洗涤、干燥后输出。洗涤干燥室6用于将最后的产物进行洗涤干燥，包括干燥腔和滤液腔，中间设有过滤膜传输装置，可以将洗涤过滤后的产物从出料口传输出。

进一步地，过滤膜传送带设置有振动装置，使反应物分布均匀传输。

本实施方式中，装置还包括第一处理池7和第二处理池8；洗涤干燥室6均设有出液口与第一处理池7的入水口连通，用于采集洗涤干燥室6进行过滤形成的废水，并进行一级废水处理；第一处理池7排水口和第二处理池8的入水口连通，用于进行二级废水处理。

进一步地，洗涤干燥室6与第一处理池7分别通过虹吸装置或者泵装置连接。

进一步地，反应室1、刻蚀室3、酸/碱提取室4中均设有搅拌装置，用于产物反应或者废液处理时进行反应原料的混合。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置，其特征在于，包括反应室(1)、洗涤室(2)、刻蚀室(3)和酸/碱提取室(4)；

所述反应室(1)的出料口与洗涤室(2)的进料口通过管道连通，所述洗涤室(2)的出料口与刻蚀室(3)的进料口通过管道连通，所述刻蚀室(3)的出料口与洗涤干燥室(6)的进料口通过管道连通；

所述刻蚀室(3)侧壁分别设有虹吸导管(301)和连接导管(302)，所述虹吸导管(301)的第一端口与所述刻蚀室(3)底部连通，其第二端口从所述酸/碱提取室(4)顶部连通并延伸至酸/碱提取室(4)底部，所述连接导管(302)分别与所述刻蚀室(3)上部和酸/碱提取室(4)上部空间连通。

2.根据权利要求1所述的基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置，其特征在于，还包括螺旋蒸馏塔(5)，所述螺旋蒸馏塔(5)设有螺旋蒸馏管道(501)，所述螺旋蒸馏管道(501)底部端口与所述刻蚀室(3)连通，且靠近所述连接导管(302)端口。

3.根据权利要求2所述的基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置，其特征在于，所述螺旋蒸馏塔(5)设有两个接口与外界连通，用于冷却流体的输入/输出。

4.根据权利要求1所述的基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置，其特征在于，所述反应室(1)和酸/碱提取室(4)设置有加热装置和压力调控装置。

5.根据权利要求1所述的基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置，其特征在于，所述刻蚀室(3)出料口连接洗涤干燥室(6)，所述洗涤干燥室(6)腔内设置有过滤膜传送带。

6.根据权利要求5所述的基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置，其特征在于，所述装置还包括第一处理池(7)和第二处理池(8)；

所述洗涤干燥室(6)均设有出液口与第一处理池(7)的入水口连通，所述第一处理池废液口与所述第二处理池(8)的入水口连通。

7.根据权利要求1所述的基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置，其特征在于，所述反应室(1)、刻蚀室(3)、酸/碱提取室(4)中均设有搅拌装置。

8.根据权利要求5所述的基于酸/碱刻蚀的共价有机骨架的制备装置，其特征在于，所述过滤膜传送带设置有振动装置。

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