[發(fā)明專利]一種基于纖維素硬模板合成ZIF?8氣凝膠的方法

有效

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• 申請日: 2015-03-06
• 公開（公告）號: CN104629080B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳麗華;歐陽逸挺;楊越;孫明慧;鄧兆;李昱;蘇寶連
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: C08J9/40
• 分類號: C08J9/40;C08L1/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 鄔麗明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬有機骨架結(jié)構(gòu)材料合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于纖維素硬模板合成ZIF-8氣凝膠的方法。

背景技術(shù)

MOFs具有比表面積大、結(jié)構(gòu)多樣性、孔道尺寸可調(diào)及骨架可修飾等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于氣體存儲、非均相催化、分離、傳感、藥物傳輸及生物醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域。沸石咪唑酯骨架材料是由二價Zn、Co等金屬鹽和咪唑或咪唑衍生物配體在有機溶劑中反應(yīng)生成的一種具有沸石骨架結(jié)構(gòu)的MOFs材料。ZIFs材料中M-Im-M單元的鍵長比傳統(tǒng)的沸石分子篩中的Si-O-Si或Si-O-Al單元的鍵長要長，其骨架結(jié)構(gòu)中的籠一般比相應(yīng)的沸石分子篩的籠要大一些，因此在氣體的吸附和分離方面表現(xiàn)出引人注目的性能。

ZIF-8不僅具有高的穩(wěn)定性，而且表現(xiàn)出了一定的H₂、CH₄吸附性能，此外ZIF-8是憎水材料，而很多沸石分子篩大多是親水性的，所以ZIF-8膜有望在從蒸汽中分離H₂方面表現(xiàn)出良好的性能。WiebckeM等研究者[J.Am.Chem.Soc.，2009，131:16000-16001]在TiO₂多孔材料上合成了密集、連續(xù)的ZIF-8膜，該ZIF-8膜穩(wěn)定性達360℃，在H₂與其它氣體的分離上表現(xiàn)出了高選擇性，H₂流量和選擇性高于目前報道的MoF膜。Carroon M A等研究者[J.Am.Chem.Soc.，2010，132:76-78]在管狀α-Al₂O₃上合成ZIF-8膜，具有高CO₂透過率2.4×10^-5mol/m²·s·Pa，而且能高選擇性的分離CO₂/CH₄。Li等研究者[Angew.Chem.Int.Ed.，2009，48:1-5]在多孔A1₂O₃載體上成功合成了ZIF-7，具有很好的分離H₂性能。而目前，ZIF-8擔載于纖維素上形成ZIF-8氣凝膠的有關(guān)內(nèi)容鮮有報道。氣凝膠是一種分散介質(zhì)為氣體的凝膠材料，固體相和孔隙結(jié)構(gòu)均為納米量級。由于其結(jié)構(gòu)上的獨特性，氣凝膠表現(xiàn)出很多獨特的性質(zhì)。氣凝膠是目前世界上密度最小的固體材料，密度可低至0.002g·cm^-3。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于纖維素硬模板合成ZIF-8氣凝膠的方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案：

一種纖維素硬質(zhì)模板合成ZIF-8氣凝膠的方法，包括以下步驟：

1)將纖維素氣凝膠浸入到2-甲基咪唑的甲醇溶液中；

2)向步驟1)所得的體系加入無機鋅鹽的甲醇溶液，使其充分反應(yīng)；

3)過濾洗滌得到一次包覆的凝膠樣品；

4)將步驟3)所得到的一次包覆的凝膠樣品再重復(fù)步驟1)-3)多次；

5)將樣品加入到叔丁醇溶劑，并置于烘箱以交換凝膠中的甲醇溶液；

6)將所制備的凝膠冷凍好，干燥除去叔丁醇溶劑以保持其形貌，最終得到包覆不同次數(shù)的ZIF-8氣凝膠材料。

上述方案中，步驟1)和步驟2)中2-甲基咪唑溶液和無機鋅鹽溶液的加入體積比為1:1，2-甲基咪唑溶液和無機鋅鹽溶液的濃度均為10mmol/L～15mmol/L，步驟1)中纖維素的質(zhì)量與2-甲基咪唑溶液或無機鋅鹽溶液的體積比為0.06～0.12g：10～20ml。

上述方案中，步驟2)中鋅鹽為硝酸鋅、氯化鋅或醋酸鋅。

上述方案中，步驟2)中的反應(yīng)溫度為20～40℃，反應(yīng)時間為30min～60min。

上述方案中，步驟3)中使用洗滌的溶劑為甲醇，使用量與2-甲基咪唑溶液或無機鋅鹽溶液的體積比20～40：10～20，洗滌方法靜置即可，洗滌時間5～10min。

上述方案中，步驟4)中多次為3次至10次。

上述方案中，步驟5)中加入的叔丁醇與2-甲基咪唑溶液或無機鋅鹽溶液的體積比20～40：10～20，交換溫度為60～80℃，交換時間為12～24h。

上述方案中，步驟6)樣品冷凍處理為2～5h，干燥時間為4～12h。