本实用新型属于金属有机骨架材料制备装置领域，具体涉及一种基于酸碱交替制备金属有机骨架材料的装置。
背景技术：
金属有机骨架材料(mofs)通常是指金属离子或金属簇与有机配体通过自组装过程形成具有周期性无限网络结构的晶态材料，由于是无机有机的杂化体系，兼备了有机高分子和无机化合物两者的特点而显示出许多奇异的特性，广泛应用于能源生产、绿色催化等领域。最重要的是，mofs材料具有丰富的孔道、超高比表面积和大量的可修饰位点，可以针对金属有机框架材料中引入相应官能团来实现对金属离子的固载进行设计制备其对应的最佳材料，因此能够广泛应用在磁性、光学、吸附、分离、催化和储氢催化等领域。
目前一种具有纳米管装饰yolk-shell结构的二氧化硅基mof碳结构成为研究的热点，二氧化硅(sio2)由于成本效益、无毒性和高的热稳定性和化学稳定性而成为研究最多的材料之一，当应用到金属有机框架材料的制备中，其在加工工艺中，二氧化硅球体被用作核心，在碳化和刻蚀后，形成不同形貌的碳，但是其中的刻蚀工艺显得非常关键，既要能有效对二氧化硅球体进行去除，并且不能对原来的金属有机框架材料的结构造成较大的影响。
技术实现要素：
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交替制备金属有机骨架材料的装置，使用本装置可以制备出性质优良的碳基金属有机框架材料。
本发明提出了一种基于酸碱交替制备金属有机骨架材料的装置，该装置包括依次连接的金属有机框架材料制备装置，至少一个或若干依次联通的喷淋装置，以及洗涤干燥装置；所述喷淋装置联通设置有多类型喷淋试剂管道，所述多类型喷淋试剂管道包括酸性试剂管道、碱性试剂管道及洗涤试剂管道。
进一步地，所述喷淋装置依次以酸性试剂管道、洗涤试剂管道及碱性试剂管道的顺序与上述管道联通级联。
进一步地，所述喷淋装置内还设置有搅拌装置，用于对刻蚀过程中物质的充分接触。
进一步地，所述喷淋装置内还设置有过滤膜，用于对反应过程中的刻蚀颗粒物执行过滤。
进一步地，所述喷淋装置内部还设置有ph传感器，用于实时采集装置内部刻蚀反应物的ph值，该值用于反馈予试剂管道并控制对应喷淋装置内部的喷淋量。
进一步地，所述喷淋装置还联通废液收集器，所述废液收集器包括酸性废液处理收集罐，综合处理罐及碱性废液处理收集罐。
进一步地，所述喷淋装置包括依次联通的第一喷淋装置，第二喷淋装置，第三喷淋装置，第四喷淋装置，第五喷淋装置，第六喷淋装置，第七喷淋装置，第八喷淋装置，以此方式实现多级刻蚀。
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交替制备金属有机骨架材料的装置，可以适用规模化生产。每一级反应都可以进行刻蚀操作的试剂用量和喷淋时间的调控；
2、本实用新型提出一种基于酸碱交替制备金属有机骨架材料的装置，采用多级别的喷淋化室，并且在这个喷淋活化室内设置过滤膜；
3、本实的用新型提出一种基于酸碱交替制备金属有机骨架材料的装置，在喷淋活化室内设置ph传感装置，通过传感装置可以来监控这个喷淋的过程的完成情况，从而对工艺过程进行反馈；
4、本实的用新型提出一种基于酸碱交替制备金属有机骨架材料的装置，具有一个废液的收集装置，它的废液收集是酸性的，进行一个收集碱性的进行一个收集，对上述两种溶液进行综合处理，使得工业化生产的过程更加完整，对环境的影响较小；
5、本实的用新型提出一种基于酸碱交替制备金属有机骨架材料的装置，设置可调速调控操作的搅拌装置，使得反应过程更为可操控，反应也更加充分。
附图说明
图1为按照本实用新型实现核壳mof结构的制备装置组成结构示意图。
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：
基于二氧化硅包覆的金属有机框架材料制备装置-1，第一喷淋装置-2，第二喷淋装置-3，第三喷淋装置-4，第四喷淋装置-5，第五喷淋装置-6，第六喷淋装置-7，第七喷淋装置-8，第八喷淋装置-9，洗涤干燥装置-10，酸性废液处理收集罐-11，综合处理罐-12，碱性废液处理收集罐-13。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明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，本发明涉及的术语“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，以使这里描述的本发明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。
本实用新型公开了一种基于酸碱交替制备金属有机骨架材料的装置，用于制备需要进行酸/碱交替刻蚀的金属有机骨架材料，优选用于制备yolk-shell结构的金属有机骨架材料，该材料使用二氧化硅作为核，包覆金属有机骨架材料，再通过弱酸和弱碱进行交替刻蚀，形成yolk-shell结构的金属有机骨架材料。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金属有机骨架材料，通过弱酸和弱碱对该材料进行交替喷淋刻蚀以后，再进行洗涤、干燥产出对应的产物。
如图1所示，本实用新型公开的一种基于酸碱交替制备金属有机骨架材料的装置，其包括有设置于基于二氧化硅包覆的金属有机框架材料制备装置1之后的多级喷淋装置，在其中的一种实施方式中，具体为编号2～9中所设置的多级喷淋装置。
其中，上述制备装置还包括有设置于多级喷淋装置之内的喷淋管道，主要为酸性喷淋管道，碱性喷淋管道和洗涤溶剂喷淋管道，用于给多级喷淋装置中喷淋相应的试剂，其中在一种实施方式中，上述管道可以为一个输送管道，也可以根据喷淋的的试剂的种类和情况设置多级喷淋管道。
其中酸性喷淋试剂包括有：氢溴酸，碘化氢，氢氟酸，多聚磷酸，亚磷酸，磷酸，磷钼酸，次磷酸，碘酸，稀盐酸，稀硫酸，硼酸，钨酸，偏磷酸，过铼酸，硅钨酸，水合物磺酸，磷钨酸，硒酸，碘代乙酸酐，溴化氢，乙酸其中一种或多种水溶液。
其中碱性喷淋试剂包括有：碳酸钠，碳酸钾，醋酸钠，醋酸钾，碳酸氢钠，苯酚钠，碳酸氢钾，氢氧化钠，氢氧化钾，磷酸氢钾，磷酸二氢钾，三甲基氢氧化铵，三乙基氢氧化铵，三乙胺其中一种或多种水溶液。
其中洗涤试剂主要包括有：无水乙醇，无水甲醇，水，乙酸乙酯，丙酮，石油醚，二氯甲烷，三氯甲烷，四氯甲烷，乙腈，n,n-二甲基甲酰胺，n,n-二乙基甲酰胺等其中的一种或几种。
进一步地，上述喷淋试剂的喷淋方式是交替喷淋的方式，即在经过一级或多级酸性喷淋后，经过一级或多级洗涤试剂，接着再经过一级或多级碱性喷淋，再，然后再通过洗涤溶液进行清洗，然后再通过洗涤溶液进行清洗，然后再通过弱碱溶液进行喷淋，以此方式完成多级的交替喷淋。
更进一步地，在金属有机框架材料制备装置制备1中制备出一种以二氧化硅为核然后包覆金属有机框架的核-壳结构，主要方法为将二氧化硅、金属源溶液、配体和溶剂通过进料口输入，在金属有机框架材料制备装置制备1中进行反应，该金属有机框架材料制备装置制备1为反应釜结构，设置有温度控制装置和压强调节装置，可以将反应设置在最佳的反应条件。
更进一步地，该反应的金属源优选为硝酸镍，氯化镍，硫酸镍，醋酸镍，硝酸钴，氯化钴，硫酸钴，醋酸钴，硝酸铁，氯化铁，硫酸铁，醋酸铁，硝酸铝，氯化铝，硫酸铝，醋酸铝，硝酸锰，氯化锰，硫酸锰，醋酸锰，硝酸钛，氯化钛，硫酸钛，硝酸银等其中的一种。该反应的配体优选为对苯二甲酸，均三苯甲酸、2-氨基对苯二甲酸，2-羟基对苯二甲酸，2-溴对苯二甲酸，2,5-二羟基对苯二甲酸，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，4-(4-吡啶基)苯甲酸等其中的一种。该反应的条件优选为50-200℃条件下，1-50mpa，反应2-72小时。
进一步地，喷淋装置内设置有搅拌装置，并具有随着搅拌装置的工作，可调控地受控制搅拌喷淋地喷淋头，上述喷淋头与上述管道联通，这个喷淋头可以进行溶剂的喷淋，搅拌装置使得反应产物固相溶剂可以更加充分的和这个酸性碱性或者是洗涤溶剂进行接触，使得可以完成更加充分的洗涤。
在搅拌装置的下部还设置有过滤膜，在喷淋装置内的过滤膜下部的空间中设置有过滤腔和废液存储腔。
进一步地，在喷淋装置内部，还设置有ph传感器，可以在洗涤喷淋的过程中，传感溶剂的ph值以使得后续的洗涤过程中的喷淋试剂量可以被获得有效的控制。
ph传感装置可以用来控制这个酸性溶剂或碱性溶剂的流量，或者是否进行继续喷淋，其中传感的方式为采集当前反应物的ph值，并获得下一级别喷淋试剂的量的计算，以此方式，可以有效避免酸碱交替清洗所带来的试剂浪费问题，当然，依据当前测量的ph值，反馈予以计算机进行相应的测量值的计算，从而获得下一级别喷淋量的计算值。
为了对上述刻蚀工艺过程在规模化生产中的环境影响，其中在喷淋装置后都联通后相应的废液收集器，所有的弱酸性洗涤，以后都进行了一个收集器进行收集处理，然后这个碱性的废液也是通过一个收集器进行收集，收集完了以后，将所有的酸性以及碱性的再汇聚到中性溶剂的一个废液处理装置里面进行混合。这样的装置主要是为了防止废液的倒流，对产品进行了二次污染，因此将所有的酸性溶剂使用一个管道进行收集以后，同时将碱性的溶剂通过一个管道进行收集以后，然后帮把两种酸性和碱性物质放到综合处理罐12中进行综合化处理。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种基于酸碱交替制备金属有机骨架材料的装置，其特征在于，该装置包括依次连接的金属有机框架材料制备装置(1)，至少一个或若干依次联通的喷淋装置，以及洗涤干燥装置(10)；所述喷淋装置联通设置有多类型喷淋试剂管道，所述多类型喷淋试剂管道包括酸性试剂管道、碱性试剂管道及洗涤试剂管道。
2.如权利要求1中所述的基于酸碱交替制备金属有机骨架材料的装置，其特征在于，所述喷淋装置(2)依次以酸性试剂管道、洗涤试剂管道及碱性试剂管道的顺序与上述管道联通级联。
3.如权利要求1中所述的基于酸碱交替制备金属有机骨架材料的装置，其特征在于，所述喷淋装置内还设置有搅拌装置，用于对刻蚀过程中物质的充分接触。
4.如权利要求1中所述的基于酸碱交替制备金属有机骨架材料的装置，其特征在于，所述喷淋装置内还设置有过滤膜，用于对反应过程中的刻蚀颗粒物执行过滤。
5.如权利要求1中所述的基于酸碱交替制备金属有机骨架材料的装置，其特征在于，所述喷淋装置内部还设置有ph传感器，用于实时采集装置内部刻蚀反应物的ph值，该值用于反馈予试剂管道并控制对应喷淋装置内部的喷淋量。
6.如权利要求1中所述的基于酸碱交替制备金属有机骨架材料的装置，其特征在于，所述喷淋装置还联通废液收集器，所述废液收集器包括酸性废液处理收集罐(11)，综合处理罐(12)及碱性废液处理收集罐(13)。
7.如权利要求1中所述的基于酸碱交替制备金属有机骨架材料的装置，其特征在于，所述喷淋装置(2)包括依次联通的第一喷淋装置(2)，第二喷淋装置(3)，第三喷淋装置(4)，第四喷淋装置(5)，第五喷淋装置(6)，第六喷淋装置(7)，第七喷淋装置(8)，第八喷淋装置(9)，以此方式实现多级刻蚀。
技术总结