[發明專利]一種中空核殼磁性金屬有機骨架復合材料的合成方法

在審

• 申請號: 201610878221.8
• 申請日: 2016-09-29
• 公開（公告）號: CN107876014A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 黃艷鳳;劉巧環;孫曉毅;李穎
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/28;B01J20/30
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技術領域

本發明涉及磁性金屬有機骨架復合材料，特別是一種中空核殼磁性金屬有機骨架復合材料Fe₃O₄/ZIF-67@ZIF-8的合成方法。

背景技術

金屬有機骨架材料(MOFs)，一種新型的具有孔道結構的多孔材料，它是一類金屬離子或金屬簇通過配位作用和有機配體自組裝形成的網狀骨架結構，具有比表面積大、孔道結構規整、孔的形狀和尺寸可調控等特性，在吸附、催化、分離有廣闊應用前途。

沸石咪唑脂骨架材料(ZIFs)是MOFs材料的一種，它是由二價金屬離子和去質子的咪唑鏈相連接而構成四面體結構，由于咪唑鏈和金屬離子之間有較強的相互作用，所以ZIFs材料通常比其他的MOFs材料具有較高的熱穩定性、耐潮解性及化學穩定性。研究還發現ZIFs材料在催化、磁性、生物活性、氣體儲存和分離等方面均表現出良好的性能。

為高效、快速的分離液體基質中的目標污染物，磁分離技術是一個最佳的選擇，磁性金屬有機骨架復合材料由于無需高速離心或膜過濾，引起人們極大的興趣。它兼具有磁性納米粒子的磁響應特性以及ZIFs材料的優異特性而備受青睞。目前已報道的合成磁性MOFs方法有以下幾種：①嵌入法：將磁性顆粒材料嵌入在MOFs表面；②疊層法：將MOFs層覆蓋和疊加成長在功能化磁性顆粒材料表面；③封裝法：MOFs材料圍繞磁性顆粒在其周圍成長并將其包裹起來；④混合法：將MOFs材料和磁性顆粒物通過物理或化學作用發生聚合合成。

本發明將Fe₃O₄磁性納米粒子均勻分散于一定溶劑中并將其ZIFs前體合成溶液加入其中，2-甲基咪唑作為有機配體，通過簡單的封裝法合成核殼Fe₃O₄/ZIF-67@ZIF-8復合材料，再將其合成產物轉移到具有聚四氟內襯的反應釜中得到中空核殼結構復合物。由此提供一種簡便易行地合成中空核殼磁性金屬有機骨架復合材料Fe₃O₄/ZIF-67@ZIF-8的方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種中空核殼磁性金屬有機骨架復合材料Fe₃O₄/ZIF-67@ZIF-8的合成方法，該合成方法是采用封裝法及溶劑熱法，工藝簡單、易于實施、環保無污染；合成的中空核殼型Fe₃O₄/ZIF-67@ZIF-8復合材料兼具有磁性納米粒子的磁響應特性以及ZIFs材料的優異特性。

本發明的技術方案：

一種中空核殼磁性金屬有機骨架復合材料的合成方法，所述中空核殼磁性金屬有機骨架復合材料為Fe₃O₄/ZIF-67@ZIF-8，其中沸石咪唑脂骨架(ZIFs)為由金屬離子鋅鈷與2-甲基咪唑構建而成的金屬有機骨架材料(MOFs)，合成步驟如下：

1)磁性納米粒子的制備

將FeCl₃·6H₂O和無水乙酸鈉溶于乙二醇-二甘醇(v/v為1∶1)混合溶劑中，加入表面包覆劑并使之溶解，然后將混合溶液轉移到具有聚四氟內襯的反應釜中，在200℃下反應12h，冷卻后磁分離反應產物，分別用超純水和無水乙醇各清洗3次，在60℃真空干燥12h，制得Fe₃O₄磁性納米粒子；

2)復合材料Fe₃O₄/ZIF-67@ZIF-8的合成

將上述制得的Fe₃O₄磁性納米粒子分散在特定溶劑中并超聲60min，加入2-甲基咪唑溶液攪拌均勻，然后在40℃溫度下緩慢加入Co(NO₃)₂·6H₂O溶液并超聲5min，再將Zn(NO₃)₂·6H₂O溶液加入超聲10min，這樣就制得復合材料Fe₃O₄/ZIF-67@ZIF-8；

3)中空復合材料Fe₃O₄/ZIF-67@ZIF-8的制備