[發(fā)明專利]整體型CG-ZIF-8金屬有機框架泡沫材料及其制備方法與應用

有效

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• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112831058B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設計）人: 江海洋;王嗣涵;沈建忠;夏曦;王戰(zhàn)輝;李建成;鄭丕苗;王梓樂;張亮;熊進城
• 申請（專利權）人: 中國農(nóng)業(yè)大學
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;C08J9/28;C02F1/28;C08L87/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權代理有限公司 11245
• 代理人: 王春霞

本發(fā)明公開了一種整體型CG?ZIF?8金屬有機框架泡沫材料及其制備方法與應用。所述制備方法包括如下步驟：以羧甲基纖維素和葡聚糖的混合溶液作為ZIF?8的自組裝介質(zhì)，原位合成ZIF?8得到溶膠?凝膠型ZIF?8，經(jīng)真空冷凍干燥即得。CG?ZIF?8材料在保證ZIF型材料的大比表面積和高孔隙率等傳統(tǒng)優(yōu)勢的同時，還具有良好的機械穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，克服了傳統(tǒng)ZIF?8型材料酸性敏感的缺陷。CG?ZIF?8材料對環(huán)境內(nèi)分泌干擾物選擇吸附性良好。此外，整體型的CG?ZIF?8材料具有操作簡單，易于再生，方便回收的優(yōu)勢。CG?ZIF?8材料對應用于環(huán)境水中多種內(nèi)分泌干擾物的吸附和祛除有良好的前景。

技術領域

本發(fā)明涉及一種整體型CG-ZIF-8金屬有機框架泡沫材料及其制備方法與應用，屬于新型納米材料技術領域。

背景技術

水資源安全問題已成為全世界關注的公共衛(wèi)生問題，近年來以雙酚A為代表的多種環(huán)境內(nèi)分泌干擾素作為水中有害污染物的問題逐漸加劇，這些內(nèi)分泌干擾物，作為一類環(huán)境激素，廣泛來源于各種飲水和食品塑料包裝中，并可通關飲水、食物攝取等多種渠道進入人體，引起機體內(nèi)分泌功能紊亂，導致出現(xiàn)代謝性疾病甚至癌癥，嚴重危害了人類的健康。環(huán)境內(nèi)分泌干擾素這類化合物種類繁多，分子量小，且在水中以微量和痕量形式存在，目前鮮有特效吸附材料和技術對其進行有效的富集和凈化。MOFs優(yōu)異的吸附性使其作為良好的凈水材料用于環(huán)境水樣中多種環(huán)境內(nèi)分泌干擾素的吸附材料前景良好。

金屬有機框架材料(MOFs)作為一種由金屬離子(簇)為中心，有機配體為骨架，以配位鍵自組裝而成的多孔類框架材料，具有孔洞可調(diào)，孔徑有序的特點。因其自身巨大的比表面積，超高的孔隙率，良好的物理和化學穩(wěn)定性廣泛應用于吸附/分離、催化和生物醫(yī)學領域。其中MOF優(yōu)異的選擇性吸附能力，已經(jīng)逐步應用于環(huán)境、食品等樣品中多種化合物的前處理領域。沸石咪唑骨架材料(ZIF)作為一種典型的金屬有機框架材料，在保留MOF的基本功能的同時，還具有沸石材料的耐高溫、耐水、耐有機試劑等特性。但是，MOF的結晶產(chǎn)物多為粉末狀固體，且MOFs材料不具備熱塑性及酸堿溶液耐受性較差等缺陷，極大地限制了MOFs材料在樣品前處理領域的應用。因此有必要對MOFs材料進行改性以擴寬其應用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種整體型CG-ZIF-8金屬有機框架泡沫材料，所述泡沫材料具有對目標化合物的吸附容量大、選擇性高、可循環(huán)利用、分離快速的優(yōu)勢，將其用于水樣前處理，可簡化操作過程、節(jié)省有機溶劑使用，提高目標物吸附分離的凈化效率。

本發(fā)明所提供的CG-ZIF-8金屬有機框架泡沫材料，以羧甲基纖維素和葡聚糖的混合溶液作為ZIF-8的自組裝介質(zhì)，原位合成ZIF-8得到溶膠-凝膠型ZIF-8，經(jīng)真空冷凍干燥得到，成型材料為整體型多孔白色泡沫狀。

通過一步法自組裝原位合成所述CG-ZIF-8金屬有機框架泡沫材料，具體步驟如下：

向所述羧甲基纖維素和所述葡聚糖的水溶膠中加入六水合硝酸鋅和2-甲基咪唑，經(jīng)反應得到羧甲基纖維素/葡聚糖-ZIF-8溶膠-凝膠材料；

除去所述羧甲基纖維素/葡聚糖-ZIF-8溶膠-凝膠材料的氣泡后，依次經(jīng)預冷凍和真空冷凍干燥，即得所述CG-ZIF-8金屬有機框架泡沫材料；

所述六水合硝酸鋅與所述2-甲基咪唑的摩爾比為1：8。

具體地，所述多聚糖水溶膠中，所述羧甲基纖維素的質(zhì)量濃度為19.0～19.5％，所述葡聚糖的質(zhì)量濃度為0.5～1.0％。

具體地，在攪拌條件下進行反應，所述反應的溫度為20～25℃，時間為8～12h。

具體地，將所述羧甲基纖維素/葡聚糖-ZIF-8溶膠-凝膠材料置于真空條件下以去除氣泡。

具體地，將去除氣泡的所述羧甲基纖維素/葡聚糖-ZIF-8溶膠-凝膠材料迅速冷凍并降溫至-18～-20℃進行預冷凍6.0～8.0h；