CN213160784U - 一种多元过渡金属离子复合型MOFs材料制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种多元过渡金属离子复合型MOFs材料制备装置，包括反应釜、第一储料罐、第二储料罐、反应床、第二溶剂罐和第三溶剂罐，第一储料罐和第二储料罐同时连通于反应釜的进料口，第一储料罐内的储料为第一种金属离子溶液，第二储料罐内的储料为有机配体溶液，反应床的进料口连通于反应釜的出料口，第二溶剂罐和第三溶剂罐同时连通于反应床顶部，第二储料罐内的储料为表面活性剂，第三储料罐内的储料为第二种金属离子溶液；将多个相互独立的工艺流程进行一体化集成，使多个MOF耦合反应得到有机结合，实现了多元过渡金属离子复合型MOFs材料的工业化制备，缩短了工艺流程，降低了工艺难度。

Description

一种多元过渡金属离子复合型MOFs材料制备装置

技术领域

本实用新型涉及MOFs材料制备技术领域，尤其涉及一种多元过渡金属离子复合型MOFs材料制备装置。

背景技术

金属-有机框架材料，即MOFs材料，是近十年来发展迅速的一种配位聚合物，具有三维的孔结构，一般以金属离子为连接点，有机配位体支撑构成空间3D延伸，是沸石和碳纳米管之外的又一类重要的新型多孔材料，它具有高孔隙率、低密度、大比表面积、孔道规则、孔径可调以及拓扑结构多样性和可裁剪性等优点，在催化、储能和分离中都有广泛应用。

目前，多元过渡金属离子复合型MOFs材料一般采用实验室制法进行制备，工艺流程中需要分解为多个步骤独立进行，步骤繁琐，工艺复杂。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了制备流程集成化，适用于工业化制备，操作难度低的一种多元过渡金属离子复合型MOFs材料制备装置。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种多元过渡金属离子复合型MOFs材料制备装置，包括反应釜、第一储料罐、第二储料罐、反应床、第二溶剂罐和第三溶剂罐；第一储料罐和第二储料罐同时连通于反应釜的进料口；第一储料罐内的储料为第一种金属离子溶液，第一储料罐的储料组分为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、醋酸钴、硝酸铜、氯化铜、硫酸铜、氯化铬、硝酸铁、氯化铁、硫酸铁、醋酸铁、硝酸铝、硝酸锌、醋酸锌、氯化锌、硫酸锌、氯化铝、硫酸铝或醋酸铝；第二储料罐内的储料为有机配体溶液，第二储料罐的储料组分为2-氨基对苯二甲酸、2,5-二氨基对苯二甲酸、2-氨基联苯-4,4’-二羧酸、2,5-二羟基对苯二甲酸、2-羟基对苯二甲酸、2,3-二羟基对苯二甲酸、2-氯对二苯甲酸、2-溴对苯二甲酸、2,2’-联吡啶-5,5’-二羧酸、2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪、偶氮苯-4,4-二羧酸、2,5-二氨基对苯二甲酸或4-(4-吡啶基)苯甲酸；反应床的进料口连通于反应釜的出料口；第二溶剂罐和第三溶剂罐同时连通于反应床顶部；第二溶剂罐内为表面活性剂，第二溶剂罐的表面活性剂为氨水、乙二胺、三乙胺、三乙醇胺、三乙烯二胺、四甲基乙二胺、二异丙基乙胺、苯胺或吡啶；第三溶剂罐内为第二种金属离子溶液，第三溶剂罐的溶剂组分为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、醋酸镍、硝酸锰、氯化锰、硫酸锰、醋酸锰、硝酸钛、氯化钛、硫酸钛、硝酸银或氯化金。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括第一溶剂罐，第一溶剂罐连通于反应床顶部且靠近反应床进料口，第一溶剂罐内的溶剂组分为水、无水乙醇、无水甲醇、二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、四氢呋喃、乙腈、甲苯、1,4-二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺或二甲基亚砜。

更进一步优选的，还包括喷淋装置，两个喷淋装置固定安装于反应床内腔顶部，其中一个喷淋装置靠近反应床进料口并连通于第一溶剂罐，另一个喷淋装置同时连通于第二溶剂罐和第三溶剂罐。

更进一步优选的，第一溶剂罐、第二溶剂罐和第三溶剂罐均有两组，且两组各溶剂罐分别独立向反应床输送溶剂。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括收集装置，收集装置连通于反应床出料口。

更进一步优选的，还包括输送泵，输送泵连通于反应釜出料口和反应床进料口之间以及反应床出料口和收集装置进料口之间。

在以上技术方案的基础上，优选的，反应釜为控温控压反应釜。

在以上技术方案的基础上，优选的，反应床为卧式控温加热反应床。

本实用新型的一种多元过渡金属离子复合型MOFs材料制备装置相对于现有技术具有以下有益效果：

本实用新型将多个相互独立的工艺流程进行一体化集成，使多个MOF耦合反应得到有机结合，实现了多元过渡金属离子复合型MOFs材料的工业化制备，缩短了工艺流程，降低了工艺难度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的制备装置的流程图。

图中：1、反应釜；2、第一储料罐；3、第二储料罐；4、反应床；5、收集装置；6、输送泵；7、喷淋装置；8、第一溶剂罐；9、第二溶剂罐；10、第三溶剂罐。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的一种多元过渡金属离子复合型MOFs材料制备装置，包括反应釜1、第一储料罐2、第二储料罐3、反应床4、收集装置5、输送泵6、喷淋装置7、第一溶剂罐8、第二溶剂罐9和第三溶剂罐10。

其中，第一储料罐2和第二储料罐3同时连通于反应釜1的进料口，反应釜1用于反应生产原生耦合物，第一储料罐2和第二储料罐3提供反应原料。

第一储料罐2内的储料为第一种金属离子溶液，第一储料罐2的储料组分为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、醋酸钴、硝酸铜、氯化铜、硫酸铜、氯化铬、硝酸铁、氯化铁、硫酸铁、醋酸铁、硝酸铝、硝酸锌、醋酸锌、氯化锌、硫酸锌、氯化铝、硫酸铝或醋酸铝。

第二储料罐3内的储料为有机配体溶液，第二储料罐3的储料组分为2-氨基对苯二甲酸、2,5-二氨基对苯二甲酸、2-氨基联苯-4,4’-二羧酸、2,5-二羟基对苯二甲酸、2-羟基对苯二甲酸、2,3-二羟基对苯二甲酸、2-氯对二苯甲酸、2-溴对苯二甲酸、2,2’-联吡啶-5,5’-二羧酸、2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪、偶氮苯-4,4-二羧酸、2,5-二氨基对苯二甲酸或4-(4-吡啶基)苯甲酸。

反应床4的进料口连通于反应釜1的出料口，用于进行反应生产多金属复合的耦合物。

第二溶剂罐9和第三溶剂罐10同时连通于反应床4顶部，用于提供复合反应需要的原料。

第二溶剂罐9内为表面活性剂，第二溶剂罐9的表面活性剂为氨水、乙二胺、三乙胺、三乙醇胺、三乙烯二胺、四甲基乙二胺、二异丙基乙胺、苯胺或吡啶。

第三溶剂罐10内为第二种金属离子溶液，第三溶剂罐10的溶剂组分为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、醋酸镍、硝酸锰、氯化锰、硫酸锰、醋酸锰、硝酸钛、氯化钛、硫酸钛、硝酸银或氯化金。

第一溶剂罐8连通于反应床4顶部且靠近反应床4进料口，用以提供作为反应环境的溶剂，第一溶剂罐8内的溶剂组分为水、无水乙醇、无水甲醇、二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、四氢呋喃、乙腈、甲苯、1,4-二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺或二甲基亚砜。

收集装置5连通于反应床4出料口，用于收集储存反应产物。

输送泵6连通于反应釜1出料口和反应床4进料口之间以及反应床4出料口和收集装置5进料口之间，用于输送反应产物。

两个喷淋装置7固定安装于反应床4内腔顶部，用于将反应所需溶剂均匀且高效的喷淋至反应来料上，有助于提高反应效率和成品质量，其中一个喷淋装置7靠近反应床4进料口并连通于第一溶剂罐8，另一个喷淋装置7同时连通于第二溶剂罐9和第三溶剂罐10。

具体的，本发明还通过如下技术方案进行实现。

优选的，第一溶剂罐8、第二溶剂罐9和第三溶剂罐10均有两组，且两组各溶剂罐分别独立向反应床4输送溶剂，以对反应产物进行两次喷淋，以提高反应的效率和质量。需要说明的是，两组第三溶剂罐10内的金属离子溶液的组分可以不同，以提高多金属复合的复杂度。

作为一些可选实施例，反应釜1为控温控压反应釜，以便对反应釜1内的反应温度和釜内压力进行控制和调节，有助于提高反应效率和成品质量。

作为一些可选实施例，反应床4为卧式控温加热反应床，以便对反应床4内的反应温度进行控制和调节，有助于提高反应效率和成品质量。

工作原理：

首先，第一储料罐2内的第一种金属离子和第二储料罐3内的有机配体进入反应釜1内进行反应生产耦合物。

然后，耦合物被输送泵6输送进入反应床4内，会先受到靠近进料口位置的喷淋装置7喷淋第一溶剂罐8内的溶剂，以进行预反应；耦合物在反应床4内前进的过程中，会持续受到另一个喷淋装置7同时喷淋第二溶剂罐9内表面活性剂和第三溶剂罐10内的第二种金属离子溶液，从而反应生成新的反应产物。

最后，反应产物被输送泵6输送至收集装置5进行收集储存。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多元过渡金属离子复合型MOFs材料制备装置，其特征在于：包括反应釜(1)、第一储料罐(2)、第二储料罐(3)、反应床(4)、第二溶剂罐(9)和第三溶剂罐(10)；

所述第一储料罐(2)和第二储料罐(3)同时连通于反应釜(1)的进料口；

所述第一储料罐(2)内的储料为第一种金属离子溶液，所述第一储料罐(2)的储料组分为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、醋酸钴、硝酸铜、氯化铜、硫酸铜、氯化铬、硝酸铁、氯化铁、硫酸铁、醋酸铁、硝酸铝、硝酸锌、醋酸锌、氯化锌、硫酸锌、氯化铝、硫酸铝或醋酸铝；

所述第二储料罐(3)内的储料为有机配体溶液，所述第二储料罐(3)的储料组分为2-氨基对苯二甲酸、2,5-二氨基对苯二甲酸、2-氨基联苯-4,4’-二羧酸、2,5-二羟基对苯二甲酸、2-羟基对苯二甲酸、2,3-二羟基对苯二甲酸、2-氯对二苯甲酸、2-溴对苯二甲酸、2,2’-联吡啶-5,5’-二羧酸、2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪、偶氮苯-4,4-二羧酸、2,5-二氨基对苯二甲酸或4-(4-吡啶基)苯甲酸；

所述反应床(4)的进料口连通于反应釜(1)的出料口；

所述第二溶剂罐(9)和第三溶剂罐(10)同时连通于反应床(4)顶部；

所述第二溶剂罐(9)内为表面活性剂，所述第二溶剂罐(9)的表面活性剂为氨水、乙二胺、三乙胺、三乙醇胺、三乙烯二胺、四甲基乙二胺、二异丙基乙胺、苯胺或吡啶；

所述第三溶剂罐(10)内为第二种金属离子溶液，所述第三溶剂罐(10)的溶剂组分为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、醋酸镍、硝酸锰、氯化锰、硫酸锰、醋酸锰、硝酸钛、氯化钛、硫酸钛、硝酸银或氯化金。

2.根据权利要求1所述的一种多元过渡金属离子复合型MOFs材料制备装置，其特征在于：还包括第一溶剂罐(8)，所述第一溶剂罐(8)连通于反应床(4)顶部且靠近反应床(4)进料口，所述第一溶剂罐(8)内的溶剂组分为水、无水乙醇、无水甲醇、二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、四氢呋喃、乙腈、甲苯、1,4-二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺或二甲基亚砜。

3.根据权利要求2所述的一种多元过渡金属离子复合型MOFs材料制备装置，其特征在于：还包括喷淋装置(7)，两个所述喷淋装置(7)固定安装于反应床(4)内腔顶部，其中一个所述喷淋装置(7)靠近反应床(4)进料口并连通于第一溶剂罐(8)，另一个所述喷淋装置(7)同时连通于第二溶剂罐(9)和第三溶剂罐(10)。

4.根据权利要求2所述的一种多元过渡金属离子复合型MOFs材料制备装置，其特征在于：所述第一溶剂罐(8)、第二溶剂罐(9)和第三溶剂罐(10)均有两组，且两组各所述溶剂罐分别独立向反应床(4)输送溶剂。

5.根据权利要求1所述的一种多元过渡金属离子复合型MOFs材料制备装置，其特征在于：还包括收集装置(5)，所述收集装置(5)连通于反应床(4)出料口。

6.根据权利要求5所述的一种多元过渡金属离子复合型MOFs材料制备装置，其特征在于：还包括输送泵(6)，所述输送泵(6)连通于反应釜(1)出料口和反应床(4)进料口之间以及反应床(4)出料口和收集装置(5)进料口之间。

7.根据权利要求1所述的一种多元过渡金属离子复合型MOFs材料制备装置，其特征在于：所述反应釜(1)为控温控压反应釜。

8.根据权利要求1所述的一种多元过渡金属离子复合型MOFs材料制备装置，其特征在于：所述反应床(4)为卧式控温加热反应床。

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