[發明專利]一種PAM/MOF/COF復合材料及其制備方法、應用

有效

• 申請號: 202110445802.3
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113181887B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 楊珊珊;蘇偉
• 申請（專利權）人: 蘇州清李新材料科技有限公司
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/22;B01J20/30;B01J31/22;C02F1/28;C02F101/30
• 代理公司: 嘉興啟帆專利代理事務所(普通合伙) 33253
• 代理人: 陳宇航

本發明公開了一種用于污染物吸附的PAM/MOF/COF復合材料及其制備方法、應用。先合成MOF晶體材料，再合成PAM/MOF材料，最后引入亞胺類COF材料，形成用于污染物吸附PAM/MOF/COF復合材料。本發明能夠得到高度結晶的分級孔結構的PAM/MOF/COF復合材料，在吸附污染物小分子的時候會有層層遞進的效果，而且片層中間會形成納米限域效應，提升催化性能。PAM核層作為吸附點，MOF作為過濾層，進行污染物的過濾和吸附。PAM還起到穩定MOF晶體的作用，提高復合材料的均勻穩定性。COF的穩定外殼結構使MOF在進行過濾和吸附過程中不會造成結構坍塌，維持原有骨架的形狀。本發明的PAM/MOF/COF復合材料用于污染物吸附，吸附效率提升達20％以上。

技術領域

本發明屬于新材料技術領域，具體涉及一種PAM/MOF/COF復合材料及其制備方法、應用。

背景技術

聚丙烯酰胺(PAM)，是一種線型高分子聚合物，化學式為(C3H5NO)n。在常溫下為堅硬的玻璃態固體。具有熱穩定性良好、能以任意比例溶于水等特點。聚丙烯酰胺作為潤滑劑、懸浮劑、粘土穩定劑、驅油劑、降失水劑和增稠劑，在鉆井、酸化、壓裂、堵水、固井及二次采油、三次采油中得到了廣泛應用，是一種極為重要的油田化學品。金屬-有機框架材料(MOF)是近十年來發展迅速的一種配位聚合物，具有三維的孔結構，一般以金屬離子為連接點，有機配位體支撐構成空間3D延伸。MOF在催化、儲能和分離中都有廣泛應用。共價有機骨架(COF)是一類結晶性的有機多孔材料，基于可逆化學反應將功能單元以共價鍵的形式連接成高度有序的二維層疊層結構或特定的三維拓撲結構。

有機污染物排放會導致嚴重的水質惡化和水資源短缺。全球每年會產生數億噸高濃度的殘留染液，這些染液進入自然水體被稀釋后會產生大量有色廢水，摧毀水生態系統。其中，很多活性染料的化學穩定性極高(半衰期甚至長達幾十年)，幾乎無法自然降解，對水環境的危害很高，因此處理難度大，處理過程復雜。現有技術中有采用Zr-MOF材料來吸附處理活性染料和陽離子染料污染物的方法，但是，該方法存在吸附容量小的缺點。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種PAM/MOF/COF復合材料，包括有由內至外依次設置的PAM、MOF、COF，所述MOF為UiO-66-NH₂晶體，所述COF為亞胺類COF材料，所述PAM包裹在MOF內部形成核殼結構，所述亞胺類COF材料通過化學鍵連接MOF。

作為上述技術方案的優選，所述亞胺類COF材料為TAPB-COF或TPE-COF。

PAM/MOF/COF復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，聚丙烯酰胺表面活化：將一定比例的PAM和氫氧化鈉在80℃-120℃溫度下攪拌反應3-4小時，然后洗滌、干燥；

步驟2，通過原位方法組裝成均勻穩定的UiO-66-NH₂晶體；

步驟3，將UiO-66-NH₂晶體加入到高壓釜中，在110-130℃溫度下攪拌22-26小時，合成具有核殼結構的UiO-66-NH₂-聚丙烯酰胺復合材料；

步驟4，將亞胺類COF材料加入到高壓釜容器中，在8-16小時內溫度保持在100-200℃，得到高度結晶分級孔結構的PAM/MOF/COF復合材料。

作為上述技術方案的優選，所述步驟1中反應溫度為90℃，攪拌3時間。

作為上述技術方案的優選，所述步驟3中溫度為120℃，攪拌24時間。

作為上述技術方案的優選，所述步驟4中溫度為150℃，并攪拌8時間。

PAM/MOF/COF復合材料的應用，將PAM/MOF/COF復合材料用于吸附具有線型結構小分子有機污染物。