本發(fā)明屬于激光加工領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光隱形加工技術(shù)的特異性氣體富集方法。

背景技術(shù)：

1、特異性氣體篩分對(duì)人類環(huán)境健康和能源可持續(xù)利用具有重要意義。例如從天然混合氣體中篩選甲烷、乙烷等對(duì)提高燃燒效率具有重要作用。又比如從有害氣體中篩分一氧化碳、二氧化碳等并將其轉(zhuǎn)化成甲醇、乙醇等可燃性燃料對(duì)能源轉(zhuǎn)化亦具有重要價(jià)值。再比如從空氣中篩分甲醛等有害氣體對(duì)人類環(huán)境健康也具備十分重大的意義。同時(shí)對(duì)篩分后的氣體純度和氣體成分進(jìn)行富集和探測(cè)，對(duì)降低檢測(cè)成本以及提高檢測(cè)效率也具有十分重要的戰(zhàn)略地位。

2、由于金屬有機(jī)框架材料（即mofs材料）的微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適配高對(duì)稱性分子的結(jié)構(gòu)，因此mofs材料是篩分特異性氣體分子的良好材料。如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)利用mofs材料的有序納米孔道，利用其孔道的尺寸大小以及孔道形狀對(duì)這些氣體分子混合物進(jìn)行篩分。

3、cn202310277401.0公開了一個(gè)基于金剛烷四羧酸配體構(gòu)筑的銅基mofs分離tms與異戊烷的方案，其中金屬-有機(jī)框架材料為cu2(atc)(2h2o)·5h2o，atc為1,3,5,7-金剛烷四羧酸脫去四個(gè)氫的酸根離子；該技術(shù)方案利用mofs孔道可調(diào)控的特點(diǎn)，可以精準(zhǔn)合成適用于tms分離提純的mofs，從而用于工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的tms與異戊烷混合物的分離，填補(bǔ)了mofs在這一分離應(yīng)用中的空缺，同時(shí)用atc-cu進(jìn)行分離，可以得到純度極高的tms，比沸石分子篩分離效果更好，比精餾法更節(jié)能。

4、然而，金屬有機(jī)框架材料的孔道尺寸較小，大部分集中在納米級(jí)別，篩分方法停留在接替性即一個(gè)一個(gè)分子的流動(dòng)篩分，由于不存在在一個(gè)中繼容器中對(duì)篩分后的分子進(jìn)行原位富集，因此后續(xù)對(duì)這種單個(gè)分子的檢測(cè)靈敏度低，檢出限差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于激光隱形加工技術(shù)的特異性氣體富集方法，該方法利用激光隱形加工技術(shù)，在不損傷材料表面本體的情況下在金屬有機(jī)框架材料內(nèi)部隱形加工出二級(jí)孔洞，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)特異性氣體進(jìn)行篩分以及對(duì)篩分后的單一氣體進(jìn)行材料內(nèi)部富集，從而提高檢出限和檢測(cè)靈敏度。

2、本發(fā)明的另一個(gè)目的是利用上述基于激光隱形加工技術(shù)的特異性氣體富集方法對(duì)特異性氣體進(jìn)行篩分及富集的用途。

3、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

4、一種基于激光隱形加工技術(shù)的特異性氣體富集方法，包括以下步驟：

5、s1：合成特征尺寸為30?μm以上的mofs單晶材料；

6、s2：利用激光在步驟s1的mofs單晶材料內(nèi)部進(jìn)行隱形加工，形成二級(jí)孔洞；

7、s3：將步驟s2中的材料置于混合氣體中，進(jìn)行氣體篩分及富集。

8、進(jìn)一步的，步驟s1中的mofs單晶材料的孔道直徑為2?nm以下。

9、進(jìn)一步的，步驟s1中的mofs單晶材料包括但不限于hkust-1、mof-5或zif-8。

10、進(jìn)一步的，步驟s1采用一般溶劑熱合成方法，合成溫度為70℃-120℃，合成時(shí)間為10?h-48?h。

11、進(jìn)一步的，步驟s2中，采用波長(zhǎng)為532?nm-1064?nm的脈沖激光，激光功率為2?w-3w，以及激光光斑直徑為5?μm-10?μm。

12、進(jìn)一步的，步驟s2中，在mofs單晶材料內(nèi)部距表面10?μm-20?μm深度處進(jìn)行加工。

13、進(jìn)一步的，步驟s2中，激光加工的時(shí)間為10?s-30?s。

14、進(jìn)一步的，步驟s2中，二級(jí)孔洞的直徑為20?μm-30?μm，并且位于mofs單晶材料的中心位置。

15、進(jìn)一步的，步驟s3中，混合氣體的種類包括但不限于甲醇/一氧化碳混合氣體、甲烷/乙烷混合氣體。

16、本發(fā)明具有如下有益效果：

17、（1）本發(fā)明與之前單純合成的金屬有機(jī)框架材料相比，首先針對(duì)特異性氣體的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，合成出具有特定納米孔道形狀以及特定化學(xué)基團(tuán)修飾納米孔道的金屬有機(jī)框架材料晶體，以對(duì)混合氣體進(jìn)行篩分；然后在利用激光在材料內(nèi)部中心隱形加工的作用下，使得在材料內(nèi)部形成一個(gè)尺寸較大的二級(jí)孔洞，因此在實(shí)現(xiàn)對(duì)小尺寸氣體進(jìn)行篩分的同時(shí)，直接在原位實(shí)現(xiàn)經(jīng)篩分氣體的富集，避免了篩分后由于分子擴(kuò)散帶來的檢測(cè)效率低的問題。

18、（2）基于本發(fā)明方法的小尺寸氣體富集程度高，富集時(shí)間更短，并且富集效率更高。

技術(shù)特征：

1.一種基于激光隱形加工技術(shù)的特異性氣體富集方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光隱形加工技術(shù)的特異性氣體富集方法，其特征在于：步驟s1中的mofs單晶材料的孔道直徑為2?nm以下。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光隱形加工技術(shù)的特異性氣體富集方法，其特征在于：步驟s2中，采用波長(zhǎng)為532?nm-1064?nm的脈沖激光，激光功率為2?w-3?w，以及激光光斑直徑為5?μm-10?μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光隱形加工技術(shù)的特異性氣體富集方法，其特征在于：步驟s2中，在mofs單晶材料內(nèi)部距表面10?μm-20?μm深度處進(jìn)行加工。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光隱形加工技術(shù)的特異性氣體富集方法，其特征在于：步驟s2中，激光加工的時(shí)間為10?s-30?s。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光隱形加工技術(shù)的特異性氣體富集方法，其特征在于：步驟s2中，二級(jí)孔洞的直徑為20?μm-30?μm，并且位于mofs單晶材料的中心位置。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光隱形加工技術(shù)的特異性氣體富集方法，其特征在于：步驟s3中，混合氣體的種類包括甲醇/一氧化碳混合氣體、甲烷/乙烷混合氣體。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光隱形加工技術(shù)的特異性氣體富集方法，其特征在于：步驟s1采用溶劑熱合成方法，合成溫度為70℃-120℃，以及合成時(shí)間為10?h-48?h。

9.基于權(quán)利要求1至8任意一項(xiàng)所述的基于激光隱形加工技術(shù)的特異性氣體富集方法對(duì)特異性氣體進(jìn)行篩分及富集的用途。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用途，其特征在于：所述特異性氣體的種類包括甲醇/一氧化碳混合氣體、甲烷/乙烷混合氣體。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于激光隱形加工技術(shù)的特異性氣體富集方法，包括以下步驟：S1：合成特征尺寸為30μm以上的MOFs單晶材料；S2：利用激光在步驟S1的MOFs單晶材料內(nèi)部進(jìn)行隱形加工，形成二級(jí)孔洞；S3：將步驟S2中的材料置于混合氣體中，進(jìn)行氣體篩分及富集。該方法利用激光隱形加工技術(shù)，在不損傷材料表面本體的情況下在框架材料內(nèi)部隱形加工出二級(jí)孔洞，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)特異性氣體進(jìn)行篩分以及對(duì)篩分后的單一氣體進(jìn)行材料內(nèi)部富集，從而提高檢出限和檢測(cè)靈敏度。

技術(shù)研發(fā)人員：史向前,江浩慶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河南省科學(xué)院激光制造研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21